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UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA DCTM ENG – A 53 - MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II NOTAS DE AULAS INTRODUÇÃO – QUALIDADE AGREGADOS ÁGUA ADITIVOS AGLOMERANTES CIMENTO PORTLAND CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND Revisado por Prof. Antônio Sérgio Ramos da Silva JANEIRO, 2024 Versão VR 16 UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 2 IMPORTÂNCIA DA DISCIPLINA Conhecimento das características, propriedades, limitações, vantagens e desvantagens, usos, locais de exposição de diversos materiais utilizados na construção civil; Solidez, durabilidade, custo, acabamento da obra dependem da qualidade dos materiais; Conhecimento do controle da qualidade, realização de ensaios, analise e aceitação; Qualificação dos materiais destinados a concreto, bem como sua produção. OBJETIVO DA DISCIPLINA Conscientizar os alunos do Curso de Engenharia Civil sobre a importância do conhecimento técnico- científico dos materiais de construção, especificamente na área de tecnologia de concreto e da utilização das respectivas normas técnicas. Tornar o aluno capaz de realizar dosagens e ensaios de concreto e interpretar seus resultados. A disciplina é de caráter teórico-prático e visa, através de aulas expositivas, exercícios, ensaios de laboratório e realização de trabalho prático, em equipe, colocar o aluno em contato com a prática da construção civil e com a produção de concreto em laboratório. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 3 INTRODUÇÃO: QUALIDADE, CONTROLE E GARANTIA CONTROLE DE QUALIDADE ANOS UM LUXO 50 -60 UMA DESPESA 60 - 70 UM ARGUMENTO DE VENDA 70 - 80 UMA FONTE DE LUCRO 80 - 90 UMA QUESTAO DE SOBREVIVÊNCIA 90 QUALIDADE - Conceitos Básicos "ADEQUAÇÃO AO USO" - J. M. JURAM "CONFORMIDADE AOS REQUISITOS" - EDWARD DEMING "CARACTERÍSTICAS DO PRODUTO OU SERVIÇO QUE SATISFAZEM ÀS NECESSIDADES DO USUÁRIO E GERAM SATISFAÇÃO" - KAORU ISHIKAWA QUALIDADE - é o produto, o processo, ou o serviço estar adequado a uma finalidade. DEVE SATISFAZER AO USUÁRIO CONTROLE - é o conjunto de atividades técnicas e planejadas, para alcançar uma meta e assegurar um nível pré-determinado de qualidade. GARANTIA - é o conjunto de atividades planejadas, que levando em conta os fatores técnicos e humanos, se implementam através de sistemáticas de treinamento, motivação e controle de todas as etapas do processo. CONTROLE TOTAL DA QUALDADE PADRÃO OU NÍVEL - está associado a definição de qualidade. O PRODUTO, PROCESSO OU SERVIÇO PODE ATENDER À MESMA FUNÇÃO ATRAVÉS DE PADRÕES DISTINTOS. A preocupação com a qualidade de serviços, materiais e equipamentos na construção civil tem como principais objetivos: • Execução de obras com durabilidade compatíveis com a finalidade do projeto; • Redução do custo final e das despesas com manutenção; • Atendimento às expectativas do empreendedor, projetista, construtor e usuário. "ADEQUAÇÃO AO USO" NA CONSTRUÇÃO CIVIL, PODE SER ENTENDIDA COMO: Ter resistência estrutural adequada; Ser funcional; Possuir as condições ideais de habitabilidade; Ter vida útil elevada (ser durável); Possuir baixo custo de operação e manutenção; Ter preço acessível. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 4 CONTROLE DA QUALIDADE · PLANEJAMENTO atender as normas gerais de desempenho, código de obras e regulamento · PROJETO atender às normas específicas de desempenho, as normas e documentos prescritos. · MATERIAIS produzir e receber de acordo o especificado. · EXECUÇÃO atender ao projeto e ao especificado · USO assegurar a adequada utilização e manutenção do produto Itens contemplados na disciplina Materiais de Construção ENG 446 Conhecimento das características, propriedades, limitações, vantagens e desvantagens, usos, locais de exposição de diversos materiais utilizados na construção civil; Solidez, durabilidade, custo, acabamento da obra dependem da qualidade dos materiais; Conhecimento do controle da qualidade, realização de ensaios, análise e aceitação; Qualificação dos materiais destinados a concreto, bem como sua produção. Obs.: o conteúdo desta disciplina estará contido nas NORMAS, nacionais ou estrangeiras, e na bibliografia apresentada. PROPRIEDADES DOS CORPOS SÓLIDOS DUREZA = resistência da superfície dos materiais à penetração; TENACIDADE = resistência que opõem ao choque ou percussão, medida da energia necessária para romper o material; MALEABILIDADE = capacidade que tem os corpos de se transformarem em lâminas, sem se romperem; DUCTILIDADE = propriedade que apresentam os corpos de se transformarem em fios, esticar, distender, sem se romper; DURABILIDADE = capacidade que tem os corpos de permanecerem inalterados com o tempo; DESGASTE = perda de qualidade ou de dimensões com uso contínuo; ELASTICIDADE = propriedade que apresentam certos corpos de retornar a sua forma primitiva ao cessar a ação que nele produziu uma deformação; FLUÊNCIA = deformação lenta de um corpo submetido a uma tensão constante. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 5 ESFORÇOS MECÂNICOS COMPRESSÃO TORÇÃO TRAÇÃO CISALHAMENTO FLEXÃO NORMALIZAÇÃO/NORMATIZAÇÃO NORMALIZAR - estabelecer códigos técnicos para permitir melhor entendimento entre comunidade cientifica, produtora, vendedora e cliente. As normas técnicas formam a base sobre a qual se estruturam e se operacionalizam os programas de controle da qualidade, certificação de conformidade e garantia da qualidade. São previstas revisões a cada 5 anos. Por meio da aplicação das Normas Técnicas, os produtos agregam mais segurança e reconhecimento no mercado, pois se fornece uma melhor qualidade, segurança e uniformidade, sem considerar a garantia de atuação do profissional. TIPOS DE NORMAS ESPECIFICAÇÕES - Fixam condições que os materiais devem satisfazer. MÉTODOS - Fixam os procedimentos na execução de ensaios. NORMAS - Fixam os procedimentos na execução de serviços ou obras. PADRONIZAÇÕES - Estabelecem as dimensões para os materiais ou produtos. TERMINOLOGIA – Estabelecem e determinam a nomenclatura técnica. PRINCIPAIS ENTIDADES E ENTIDADES NORMALIZADORAS INTERNACIONAIS COPANT - Comissão Panamericana de Normas Técnicas CEB - Comité Européen du Beton ISO - Internacional Standartization Organization RILEM - Reunion Internationale des Laboratoires d'Essais et des recherches sur les Materiaux et les structures IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas EUROCODE – Código Europeu de normas técnicas AASHO - American Society of State Highway Officials Materials AFNOR - Association Française de Nomalization ASTM - American Society for Testing Materials BS - British Standard DIN - Deutsch Industrie Normen UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamentode Ciência e Tecnologia dos Materiais 6 O processo de elaboração de uma Norma Brasileira se inicia com uma demanda da sociedade, pelo setor envolvido ou mesmo dos organismos regulamentadores. A pertinência do pedido e da demanda é analisada pela ABNT. Se tiver mérito, será levada ao Comitê Técnico do setor para inserção no Plano de Normalização Setorial (PNS) da Comissão de estudo pertinente. Caso contrário, será criada uma Comissão de Estudo Especial (ABNT/CEE). Em ambos os casos há uma grande preocupação da ABNT em disseminar a todos os envolvidos, para que haja uma participação bastante representativa para elaboração da norma. As Comissões de Estudo devem discutir e chegar ao consenso para elaborar o projeto de Norma. De posse do Projeto de Norma, a ABNT o submete a consulta nacional como forma de dar oportunidade a todas as partes envolvidas de examinar e de emitir sua consideração. Passado o tempo necessário para Consulta Nacional, a Comissão de Estudo realiza uma reunião para análise da pertinência ou não das considerações recebidas. Não havendo impedimento, o Projeto é encaminhado para homologação pela ABNT, onde recebe a sigla ABNT NBR e seu número respectivo. A seguir a Norma é colocada no acervo de Normas Brasileiras. De posse do texto normativo, a ABNT submete o mesmo à Consulta Nacional, como forma de dar oportunidade à sociedade de examinar e emitir suas considerações. Decorrido o tempo necessário para a Consulta Nacional, se realiza uma última reunião para análise da pertinência ou não das considerações recebidas. Não havendo impedimento, o texto será levado à homologação pela ABNT, onde recebe a sigla ABNT NBR e seu número respectivo. A seguir é colocada no acervo de Normas Brasileiras. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 7 I – AGREGADOS Materiais granulosos, preferencialmente inertes, com dimensões e propriedades variáveis, que podem ser selecionados adequadamente à obra de engenharia que se pretende executar. 1. INTRODUÇÃO Os agregados caracterizam-se como os materiais granulares, geralmente inertes, que compõem as argamassas e concreto, cujas partículas abrangem dimensões desde 100 μm até 100 mm. Seu estudo torna-se importante na medida em que seu volume constitui 70 a 75% do volume do concreto. Durante muito tempo, os pesquisadores afirmaram que os agregados não tinham participação na resistência do concreto. Naquela época, os estudos realizados com os agregados em utilização, de boa qualidade, confirmaram este fato. Desde Feret em 1896, até Abrams em 1923, esta afirmativa era verdadeira, desde que o agregado fosse mais resistente que o concreto, o que, realmente, ocorria com os materiais tradicionalmente empregados. Com o desaparecimento dos bons materiais e a necessidade de construção em locais distantes, com agregados de outra natureza, os problemas começaram a aparecer, exigindo dos tecnologistas e a necessidade de seleção e escolha dos agregados. Os primeiros ensaios foram de natureza física, principalmente os relacionados com a resistência e a forma do grão, além dos já conhecidos como granulometria, presença de impurezas (lodo, matéria orgânica, argila, carvão, mica, entre outros). De 1940 para cá, surgiram os ensaios de natureza química e estrutural, haja vista a possibilidade de reações químicas e de colagem entre o inerte e o cimento; as primeiras davam origem a expansões destrutivas no concreto e as segundas, a melhoria de suas propriedades mecânicas. As propriedades que hoje se exigem dos agregados são de natureza geométrica, física e química, a saber: a) Forma adequada e dimensões proporcionadas. b) Resistência adequada aos esforços atuantes. c) Propriedades térmicas compatíveis. d) Adequadas propriedades químicas, relativas ao aglomerante e ao meio. e) Ausência de substâncias prejudiciais. Para verificar essas propriedades, diversos ensaios são normalizados, cujos resultados podem ser qualitativos ou quantitativos. Uma boa indicação que se pode obter sobre a qualidade de um agregado é a observação do comportamento do concreto ao longo do tempo. A Especificação Brasileira que trata dos requisitos aos quais os agregados devem satisfazer para uso no concreto é a NBR 7211, que será apresentada mais adiante. A análise petrográfica da rocha de origem visando seu uso na fabricação de agregados para concreto é feita de acordo com a NBR 7389 – 1 e 2, Agregados - Análise petrográfica de agregado para concreto - Parte 1: Agregado miúdo e Agregados - Análise petrográfica de agregado para concreto - Parte 2: Agregado graúdo para utilização como agregado em concreto. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 8 2. USO LASTRO DE VIAS FÉRREAS BASES DE CALÇAMENTO RODOVIAS Adicionamento ao Solo Revestimento Betuminoso ARGAMASSAS E CONCRETOS 3. FUNÇÃO DOS AGREGADOS Econômica - material de menor custo que o cimento Técnica - maior estabilidade dimensional - maior durabilidade Estética - aspectos estéticos, visuais 3.1 ECONÔMICA Aquisição Obtenção industrial (Custo) Transporte Utilização Aplicação Conservação 3.2 TÉCNICA Resistência (qualidade) Trabalhabilidade Durabilidade 3.3. ESTÉTICA – aplicação contemplando aspectos de acabamento, beleza e menor custo A verificação da qualidade (condição técnica) é feita através de ENSAIOS. 4 - CLASSIFICAÇÃO 4.1 QUANTO À ORIGEM 4.1.1 Naturais - já são encontrados na natureza sob forma de agregado (areia natural, pedregulho, pedra pome, etc. ) 4.1.2 Artificiais - necessitam de um trabalho de beneficiamento (areia artificial, brita, escória de alto forno, argila expandida, etc.) UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 9 4.2 QUANTO ÀS DIMENSÕES 4.2.1 Miúdos: Agregados cujos grãos passam na peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 µm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 17054, com peneiras definidas pela ABNT NBR ISO 3310-1 (areia natural, pedrisco, etc.) 4.2.2 Graúdos: Agregados cujos grãos passam na peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 17054, com peneiras definidas pela ABNT NBR ISO 3310-1 (brita, pedregulho, etc.) 4.3 QUANTO À MASSA ESPECÍFICA 4.3.1 Leves ( < 2.000 kg/m3) = pedras pomes, argila expandida, vermiculita 4.3.2 Normais (2.000 a 2.800 kg/m3) = areias quartzosas, seixos, britas de granito, gnaisses, etc 4.3.3 Pesados ( > 2.800 Mg/m3) = barita, limonita, magnetita, hematita etc. 5 – OBTENÇÃO 5.1 Agregados naturais - areias e pedregulhos Extração direta - lavagem e seleção (beneficiamento) Classificação de jazidas de agregados naturais - Residuais - decomposição da rocha matriz, boa granulometria, porém muitas impurezas. - Eólicas - transporte pelos ventos - depósitos de material muito fino, grande pureza - Aluviais - marítimos - ruins fluviais - os melhores Quanto ao tipo de jazida: - Bancos - acima do leito do terreno - Minas - subterrâneas - Jazida de rio - leito dos rios ou margens - Jazida de mar - praias ou fundo do mar A extração dos agregados naturais exige cuidados para a obtenção de materiais de qualidade que depende do tipo de jazida. Nas jazidas residuais tipo ―banco‖, como é o caso das jazidas da região Metropolitana de Salvador, a extração se faz verticalmente no talude aberto no banco, para que os grãos mais finos da superfície misturem-secom os mais grossos das camadas mais profundas. Nessas jazidas, é necessário expurgar, previamente, a capa superficial onde se desenvolvem as raízes da vegetação. Nas jazidas de rio constata-se uma deposição seletiva de grãos segundo seu peso no leito ou margens, em função da variação da velocidade da correnteza - quando a velocidade da água diminui onde o rio se alarga ou encontra outro de menor velocidade, ocorre, inicialmente, a deposição dos grãos mais grossos e, posteriormente, dos grãos mais finos. Assim sendo, a extração é feita buscando-se a remoção das partidas de grãos por faixas longitudinais para posterior mistura. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 10 5.2 AGREGADOS ARTIFICIAIS – areias, pedrisco, brita Os agregados artificiais mais comuns são as britas obtidas do fracionamento da rocha matriz, de acordo com as etapas abaixo indicadas realizadas nas Centrais de Britagem. Extração da rocha (explosivos) - obtenção de blocos de pedra Fragmentação secundária - redução do tamanho dos blocos maiores para possibilitar a entrada nos britadores primários Transporte para a central de britagem (caminhões caçambas) Britagem primária e secundária Escolha dos britadores em função do tipo de rocha e da qualidade desejada para o material acabado (forma e tamanho) Tipos de britadores a) de movimento alternativo (mandíbulas) simples efeito duplo efeito b) de movimento contínuo giratórios de rolos c) de martelos, bolas ou barras Transporte entre britadores - correias transportadoras Peneiramento - classificação dos diversos tipos de brita Peneiras circulares ou planas normalizadas Lavagem - remoção do pó de pedra aderente, principalmente nas épocas de chuva. Estocagem seletiva por tipo de material. Nota: Dos britadores acima indicados, os de mandíbulas são bastantes empregados como britador primário, face ao seu baixo custo de manutenção, enquanto que para a britagem secundária, são mais utilizados os giratórios, pois fornecem britas com formas mais adequadas para uso no concreto e pavimentação, especialmente se a rocha tem planos preferenciais de clivagem. 6 - AGREGADOS PARA CONCRETO As características relativas aos agregados miúdos e graúdos e seus respectivos limites constam da ABNT NBR – 7211 – Agregados para concreto DADOS OBTIDOS DA NORMA ABNT NBR 7211:2022 6.1 Definições Para os efeitos desta Norma, aplicam-se as definições das ABNT NBR NM 66 e ABNT NBR 9935, e as seguintes: - Agregado miúdo: Agregado cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 m, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR 17054, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISO 3310-1. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 11 - Agregado graúdo: Agregado cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, em ensaio realizado de acordo com ABNT NBR 17054, com peneiras definidas pela ABNT NBH NM ISO 3310-1. - Dimensão máxima característica: Grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado, correspondente à abertura nominal, em milímetros, da malha da peneira da série normal ou intermediária na qual o agregado apresenta uma porcentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa. - Módulo de finura: Soma das porcentagens retidas acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100. - Agregado total: Agregado resultante de britagem de rochas cujo beneficiamento resulta numa distribuição granulométrica constituída por agregados miúdos ou por mistura intencional de agregados britados e areia natural ou britada, possibilitando o ajuste da curva granulométrica em função das características do agregado e do concreto a ser preparado com esse material. Os limites dessa norma, referentes ao agregado total, devem atender aos critérios de ponderabilidade em massa entre os agregados graúdos e miúdos que o compõe. 6.2 Requisitos Gerais Os agregados devem ser compostos por grãos de minerais duros, compactos, estáveis, duráveis e limpos, e não devem conter substâncias de natureza e em quantidade que possam afetar a hidratação e o endurecimento do cimento, a proteção da armadura contra a corrosão, a durabilidade ou, quando for requerido, o aspecto visual externo do concreto. O exame petrográfico realizado de acordo com a ABNT NBR 7389-01 e 02 e interpretado por profissional capacitado, fornece alguns dos subsídios necessários para o cumprimento destas condições. Para outras características, ver seções 5 e 6 da referida norma. Os agregados devem ser fornecidos ao consumidor em lotes cujas unidades parciais de transporte devem ser individualizados, mediante uma guia de remessa na qual constem pelo menos os seguintes dados: - nome do produtor; - proveniência do material; - identificação da classificação granulométrica de acordo com o indicado em 5.1 e 6.1 da norma; - massa do material ou seu volume aparente; - data do fornecimento. Agregado miúdo A amostra representativa de um lote de agregado miúdo, coletada de acordo com a ABNT NBR 16915 e reduzida para ensaio de acordo com mesma norma, devem satisfazer os requisitos prescritos de 5.1 a 5.3. Quando o agregado miúdo for composto ou proveniente de duas ou mais origens, os requisitos desta Norma devem ser considerados proporcionalmente à presença de cada um deles na mistura. NOTA Como origens diferentes, entende-se: diferentes fornecedores, diferentes origens geológicas ou materiais recuperados. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 12 Granulometria Distribuição granulométrica A distribuição granulométrica, determinada segundo a ABNT NBR 17054, deve atender aos limites estabelecidos na tabela 2. Podem ser utilizados como agregado miúdo para concreto materiais com distribuição granulométrica diferentes das zonas estabelecidas na tabela 2, desde que estudos prévios de dosagem comprovem sua aplicabilidade. Os limites desta Norma referentes ao agregado total devem atender aos critérios de ponderabilidade em massa entre os agregados graúdos e miúdos que o compõem. Tabela 2 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo Peneira com abertura de malha (ABNT NBR NM ISO 3310-1) Porcentagem, em massa, retida acumulada Limites inferiores Limites superiores Zona utilizável Zona ótima Zona ótima Zona utilizável 9,5 mm 0 0 0 0 6,3 mm 0 0 0 7 4,75 mm 0 0 5 10 2,36 mm 0 10 20 25 1,18 mm 5 20 30 50 600 µm 15 35 55 70 300 µm 50 65 85 95 150 µm 85 90 95 100 NOTA 1. O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20. NOTA 2. O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90. NOTA 3. O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50. Substâncias nocivas A quantidade de substâncias nocivas não deve exceder aos limites máximos em porcentagem estabelecidos na tabela 3 com relação à massa do material. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 13 Tabela 3 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas no agregado miúdo em relação à massa do material Determinação Método de ensaio Quantidade máxima relativa à massa de agregado miúdo % Areia natural Areia de britagem Torrões de argila e materiais friáveis ABNT NBR 7218 3,0 n.a Partículas Leves a ABNT NBR 9936 Concreto aparente0,5 n.a Concreto não aparente 1,0 n.a Material fino que passa através da peneira 75 m por lavagem (material pulverulento) ABNT NBR 16976 Concreto aparente 3,0 10,0 c Concreto não aparente 5,0 12,0 Impurezas orgânicas b ABNT NBR 17053 A solução obtida no ensaio deve ser mais clara do que a solução- padrão n.a ABNT NBR 7221 Diferença máxima aceitável entre os resultados de resistência à compressão comparativos 10 % n.a a Quando for detectada visualmente a presença de partículas leves (carvão, caules, folhas e sementes), deve ser realizado o ensaio de determinação do teor de partículas leves. b Quando a coloração da solução obtida no ensaio for mais escura do que a solução-padrão, a utilização do agregado miúdo fica condicionada ao resultado do ensaio previsto na ABNT NBR 7221. c A presença de materiais micáceos, ferruginosos e argilominerais expansivos no material fino que passa através da peneira 75 μm por lavagem podem interferir nas propriedades do concreto, necessitando de estudo de dosagem especifico. n.a. = não aplicável a) Impurezas minerais Podem prejudicar a aderência da pasta aos grãos com diminuição da resistência. Materiais pulverulentos: Devido a elevada superfície específica afetam a consistência, influindo na resistência do concreto. Partículas com diâmetro < 0,075 mm Método de ensaio: ABNT NBR 16973 - Especificação : NRR 721 1 . UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 14 Argila em torrões: Podem prejudicar a consistência e a aderência da pasta aos grãos com diminuição da resistência. Método de ensaio: NBR 7218 - Especificação: NBR 721. b) Impurezas Orgânicas Podem retardar a pega e diminuir a resistência Método de ensaio : ABNT NBR 17053 e NBR 7221 ABNT NBR 17053 - Avaliação das impurezas orgânicas (ensaio comparativo de cor) Solução de Na OH a 3 % Solução Padrão: Solução de Ácido tânico a 2% NaOH = 30g Ácido Tânico = 2g Água destilada = 970g Álcool a 95º = 10ml Amostra de areia = 200g Água destilada = 90ml Solução de NaOH = 100 ml Preparo da mistura: Solução ácido tânico = 3ml Solução de NaOH = 97ml RESULTADO ESPERADO: Comparação das cores entre as soluções preparadas e a solução obtida no ensaio deve ser mais clara de que a solução-padrão. Durabilidade Os teores de cloretos e sulfatos não podem exceder os limites estabelecidos na Tabela 4. NOTA: Frequentemente agregados provenientes de regiões litorâneas ou extraídos de águas salobras ou de regiões onde ocorrem sulfatos naturais (como a gipsita) ou industrial (água do lençol freático contaminada por efluentes industriais) são passiveis de exceder os limites d a Tabela 4. Para evitar a ocorrência de reações expansivas deletérias devidas à reação álcali- agregado, deve ser atendido o que estabelece a ABNT NBR 15577-1. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 15 Caracterização complementar Ensaios complementares de caracterização podem ser necessários para utilização do agregado em concreto, sendo os mais usuais exemplificados na Tabela 5. Agregado graúdo A distribuição granulométrica, determinada segundo a ABNT NBR 17054, deve atender aos limites indicados para o agregado graúdo constantes na tabela 6. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 16 Tabela 6 – Limites da composição granulométrica de agregado graúdo Peneira com abertura de malha (ABNT NBR NM ISO 3310-1) Porcentagem, em massa, retida acumulada Zona granulométrica d/D 1) 4,75/12,5 9,5/25 19/31,5 25/50 37,5/75 75 mm - - - - 0 -5 63 mm - - - - 5 – 30 50 mm - - - 0 – 5 75 – 100 37,5 mm - - - 5 – 30 90 – 100 31,5 mm - - 0 – 5 75 – 100 95 – 100 25 mm - 0 – 5 5 – 25 2) 87 – 100 - 19 mm - 2 – 15 2) 65 2) – 95 95 – 100 - 12,5 mm 0 - 5 40 2) – 65 2) 92 - 100 - - 9,5 mm 2 - 15² ) 80 2) - 100 95 - 100 - - 6,3 mm 40 2) - 65 2) 92 - 100 - - - 4,75 mm 80 2) - 100 95 - 100 - - - 2,36 mm 95 - 100 - - - - a Zona granulométrica correspondente à menor (d) e à maior (D) dimensões do agregado graúdo. b Em cada zona granulométrica, deve ser aceita uma variação de no máximo cinco unidades percentuais em apenas um dos limites marcados com a Nota de rodapé b. Essa variação pode também estar distribuída em vários desses limites. NOTA 1 O módulo de finura da zona 4,75/12,5 varia de 5,77 a 6,15. NOTA 2 O módulo de finura da zona 9,5/25 varia de 6,77 a 7,15. NOTA 3 O módulo de finura da zona 19/31,5 varia de 7,60 a 7,95. NOTA 4 O módulo de finura da zona 25/50 varia de 8,00 a 8,30. NOTA 5 O módulo de finura da zona 37,5/75 varia de 8,90 a 9,05. Forma dos grãos Influi na consistência dos concretos. Problemas relacionados com a superfície específica . Pode influir na resistência do concreto. De maneira geral, os Grãos angulosos são obtidos através dos agregados britados, enquanto que ao Grãos arredondados são obtidos através dos agregados naturais. Formas de avaliação deste parâmetro: a) Índice de forma O índice de forma dos grãos do agregado não deve ser superior a 3, quando determinado de acordo com a ABNT NBR 7809. c - comprimento de um grão - Maior dimensão possível de ser medida e define a direção do comprimento e - espessura de um grão - Menor distância possível entre planos paralelos entre si e à direção do comprimento do grão, que o tangenciam. IF = c/e UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 17 b) Coeficiente volumétrico cv = Vg : Ve Vg - Volume do grão Ve - Volume da esfera que circunscreve o grão Desgaste O índice de desgaste por abrasão ―Los Angeles‖, determina segundo a ABNT NBR 16974, deve ser inferior a 50%, em massa, do material. Durabilidade Aplicam-se os requisitos estabelecidos em 5.3 para agregados analisados individualmente e para agregado total definido em 3.6. Ensaios especiais Em determinadas regiões ou para concretos com determinados requisitos específicos, pode ser necessária a exigência, por parte do consumidor, de prescrições especiais adicionais, ficando a seu critério limites e os métodos de ensaio. Algumas destas prescrições ou os métodos para sua determinação são exemplificados na tabela 8. A seguir a Tabela 7 apresenta os limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas ao agregado graúdo com relação à massa de material UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 18 Tabela 8 – Ensaios especiais para agregado graúdo Aceitação e rejeição Para a aceitação de um ou mais lotes de agregados, definidos conforme a ABNT NBR 16915, deve ser estabelecido explicitamente entre o consumidor e o produtor, a realização da coleta e dos ensaios das amostras respectivas por laboratório idôneo, ou no laboratório de uma das partes quando houver consentimento mútuo. Um lote somente deve ser aceito quando cumprir todos os requisitos desta Norma e eventuais requisitos complementares contratados, inclusive aqueles referentes ao conceito de agregado total. As informações a seguir não fazem parte do texto da ABNT NBR 7211, porém, visam fornecer detalhes sobre alguns ensaios e suas justificativas objetivando o emprego dos agregados na fabricação dos concretos. Resistênciaaos sulfatos de sódio ou de magnésio A determinação da durabilidade do agregado tem aplicação prática para locais de baixa temperatura, onde ocorre congelamento e degelo - fornece informações sobre o comportamento do agregado no julgamento de durabilidade quando submetidos a ação de soluções de sulfato e de magnésio. Trata-se de um ensaio cujos resultados são fortemente criticados por diversos especialistas do mundo inteiro. Reatividade potencial Formação de compostos expansivos com conseqüente ruptura do concreto - Calcários dolomíticos argilosos - Sílica hidratada (opala) A reação se inicia com o ataque dos minerais silicosos do agregado pelos hidróxidos originados dos álcalis ( K20 e Na2O) do cimento. Fatores que influenciam na intensidade da reação são múltiplos e dependem de: Quantidade total de álcalis do cimento Da forma em que o álcali é liberado Da reação K2O / Na2O Da dosagem do concreto Da granulometria do agregado Da reatividade do agregado UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 19 Na escolha dos agregados deve-se analisar, também, os seguintes parâmetros: a) Resistência mecânica dos grãos Os grãos devem ser mais resistentes que a pasta. Verificação da resistência à compressão: Agregados artificiais Faz-se o ensaio de resistência à compressão em corpos de prova cúbicos da rocha original (Europa). No Brasil extraímos os corpos de prova cilíndricos. Agregados naturais Faz-se um ensaio de qualidade (ensaio comparativo de resistência) Comparação de resistência de corpos de prova de argamassa ou de concreto de duas séries, uma feita com o agregado em questão e outra com agregado de qualidade reconhecida. As duas séries são feitas com o mesmo cimento, mesmo traço e ensaiadas aos 3, 7 e 28 dias de idade. b) Textura dos Grãos Influi na consistência e na resistência dos concretos podendo causar problemas de aderência da pasta. Grãos lisos Grãos rugosos c) Inatividade Química Os agregados devem ser inalteráveis ao ar, à água e às variações de temperatura e não devem reagir com o cimento. A verificação da durabilidade pode ser feita através de ensaio previsto na norma americana, ASTM, onde deve submeter-se o agregado à ação de uma solução de Na2SO4 (cinco ciclos de 20 horas de imersão na solução seguida de 4 horas de secagem em estufa). Perda de peso: [(Pi-Pf)/Pf ] x 100 15%, onde Pi = Peso inicial e Pf = peso final. d) Porosidade dos grãos A resistência diminui com maior porosidade, sendo que o problema é mais acentuado nos calcáreos e nos arenitos. Forma de avaliação: p = porosidade, Vv = volume de vazios e Vt = volume total p = ( Vv / vt) x100 Especificações sugerida pela norma francesa (AFNOR): concreto em contato com água: p 3% concreto fora do contato com água: p 5% UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 20 CARACTERÍSTICAS DOS AGREGADOS PARA CÁLCULOS DIVERSOS 1. MASSA ESPECÍFICA Relação entre a massa do agregado seco e o volume dos grãos, incluindo os poros impermeáveis. Na massa específica deve-se levar em consideração somente o volume e a massa dos grãos. r = Mg / Vg Onde, Mg - Massa dos Grãos e Vg - Volume Real dos Grãos Existem vários procedimentos para determinação da massa específica dos agregados: Método do Picnômetro Método do Balança Hidrostática Método do Frasco Graduado de precisão (Frasco de Chapmam) A Massa Específica é empregada para: - Cálculos de Consumo de materiais - Elemento auxiliar em diversos cálculos 2. MASSA UNITÁRIA É a massa por unidade de volume do agregado no estado natural (solto) ou compactado, considerando-se os vazios entre os agregados, os permeáveis e os impermeáveis. É utilizada para cálculo de volumes dos agregados em traços, etc = M / Vt Onde, M= massa do agregado e Vt = Volume total do material, inclusive os vazios entre os grãos. Emprego: Transformação de medição em massa para volume e vice-versa 3. UMIDADE Relação entre a massa de água contida no agregado e sua massa seca, expressa em %. h = (Ma / Ms ) x 100 Onde, Ma = massa de água, Ms = massa do material seco e Mh = massa do material úmido . Existem vários procedimentos para determinação da massa específica dos agregados: Frasco de Chapmam Picnômetro Processos Expeditos – secagem ao fogo, em estufa, speedy. Emprego: Correção das dosagens dos agregados e da água dos concretos. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 21 4. INCHAMENTO Fenômeno de variação do volume aparente provocado pela adsorção de água livre pelos grãos e que incide sobre sua massa unitária. I = (V/ Vs)x100 ou I = [(Vh-Vs)/Vs] x 100 ou Vh = Vs (1+I/100) ou Vh/Vs = 1+ I/100 ou Vh/Vs = s /h [( 100 + h)/100], onde I = lnchamento (%) V = Variação de volume Vs = Volume da areia seca Vh = Volume da areia úmida Vh/Vs = Ci = Coeficiente de Inchamento CORREÇÕES NAS MEDIÇÕES DOS AGREGADOS a) Correção de Massa Ms = massa seca h = umidade do agregado Deseja-se Mh = massa do agregado úmido h = (Mágua / Ms) x 100 h = [(Mh -Ms)/ Ms] x100 Mh = Ms[( 100 + h)/100] Mh = Ms ( 1 + h/100) como (1 + h/100) é o coeficiente de umidade ( Ch) Mh=Ms x Ch b) Correção de volume Vs = volume do agregado seco I = inchamento do agregado (%) Deseja-se Vh = volume úmido do agregado I = (V/Vs) x 100 I = [(Vh - vs)/Vs] x100 Vh = Vs [(100 + I)/100] Vh/Vs = 1 + I/100 como 1 + I/100 é o coeficiente de inchamento, temos: Vh = Vs x Ci UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 22 II – ÁGUA DE AMASSAMENTO A água a ser empregada no concreto não deve conter impurezas que possam prejudicar a qualidade do concreto ou argamassa. Geralmente uma água potável presta para uso em concreto e argamassa. Uma água agressiva tem sua ação menos danosa ao concreto quando usada como água de amassamento do que no contato com o concreto já endurecido. Não se pode julgar a qualidade de uma água para emprego no concreto pela sua coloração ou cheiro, uma vêz que certas impurezas que contribuem para isso não prejudicam o material. Quando dispomos de um manancial de água desconhecido e pretendemos utiliza-lo na fabricação de um concreto, deve-se providenciar uma análise química de amostras da água para determinar o conteúdo das substâncias nela dissolvidas. A depender dos resultados da análise, pode-se providenciar, também, a realização de um ensaio comparativo de resistência para avaliar a influência das substâncias presentes nessa propriedade, especialmente se se tratar de substâncias de natureza orgânica. Caso seja necessário poderão ser realizados ensaios, em laboratório externo, de determinação dos teores de substâncias estranhas presentes na água, obedecendo as prescrições das normas brasileiras NBR NM 137 e NBR 15900. O local de armazenamento da água deverá impedir o contato direto com operários, não permitindo eventuais contaminações com óleos, graxas, sabões, detergentes ou outras substâncias estranhas que possam afetar sua qualidade para uso na produção de concreto. Deverão ser realizados ensaios sempre que houver suspeita de contaminação e no caso da central nunca tenha realizado tal verificação. A seguir estão indicados os ensaios à serem realizados. Caso seja necessário poderão ser realizados ensaios, em laboratório externo, de determinação dos teores de substâncias estranhas presentes na água,obedecendo as prescrições das normas brasileiras NBR NM 137 e NBR 15900. O local de armazenamento da água deverá impedir o contato direto com operários, não permitindo eventuais contaminações com óleos, graxas, sabões, detergentes ou outras substâncias estranhas que possam afetar sua qualidade para uso na produção de concreto. Deverão ser realizados ensaios sempre que houver suspeita de contaminação e no caso da central nunca tenha realizado tal verificação. A seguir estão indicados os ensaios à serem realizados. Mensalmente deverá ser verificado e registrado o pH da água com utilização do papel de pH. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 23 IMPORTANTE: CONSULTAR A NBR 15900. SUBSTÂNCIAS PREJUDICIAIS - EFEITO DAS IMPUREZAS As principais substâncias que podem estar presentes na água de amassamento e que trazem prejuízos para as argamassas e concretos são as seguintes: a) CLORETOS - aceleram a pega do cimento; - causam eflorescências; - contribuem para a corrosão das armaduras no concreto armado ou protendido. b) SULFATOS - podem provocar fissuração do concreto endurecido por expansão do material, em razão da formação de sulfoaluminato de cálcio. c) AÇUCAR - interferem na pega e na resistência do concreto: < 0,3% - retarda a pega > 0,3% - acelera a pega NOTA: Grandes quantidades de açúcar impedem a pega e não permite o endurecimento. d) Ph O pH da água de amassamento pode variar de 5,5 a 9,0 segundo a norma brasileira, sendo desejável um pH neutro, em torno de 7,0 PARÂMETROS LIMITES NM 137/97 MÍNIMO MÁXIMO Sólidos totais -- 5000 mg/L pH (temp=25º C) 5,5 9,0 Ferro (Fe ) -- 1 mg/L Sulfatos (SO4 ) -- 2000 mg/L Cloretos (Cl) Concreto simples -- 2000 mg/L Concreto armado -- 700 mg/L Concreto protendido -- 500 mg/L UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 24 e) SÓLIDOS EM SUSPENSÃO - A presença de sólidos em suspensão constitui uma suspeita da qualidade da água. f) MATÉRIA ORGÂNICA - afetam a pega e a resistência do cimento em função da natureza e concentração. Pode-se proceder a um ensaio de qualidade segundo o método da NBR 7221 (comparativo de resistência). g) CARBONATOS E BICARBONATOS ALCALINOS Carbonato de sódio - aceleram a pega Bicarbonatos de sódio - aceleram ou retardam. Em grandes concentrações reduzem a resistência. A NBR NM137 não especifica limites para o teor de carbonatos ou bicarbonatos. NOTA IMPORTANTE: TEORES DE SUBSTÂNCIAS NOCIVAS É importante esclarecer que os máximos teores de substâncias nocivas que a NBR NM 137 e NBR 15900 especifica referem-se a água contida numa certa quantidade de concreto ou argamassa, sendo necessário, portanto, considerar as quantidades de substâncias contidas na água e nos agregados colocados em contato, calculando- se, o teor global em função do traço do concreto ou da argamassa. Os ensaios acima referidos deverão ser realizados no caso da obra ou Central dosadora nunca os ter realizados. Caso a água de amassamento do concreto seja fornecida por terceiros, deverá ser solicitado ao fornecedor o certificado de qualidade de acordo com a NBR NM 137 e NBR 15900 sempre que ocorra fornecimento. Todos os hidrômetros ou medidores da obra ou central dosadora devem estar calibrados e em perfeito funcionamento. Devem, também, ser instalados hidrômetros calibrados em todos os caminhões betoneiras de modo a se evitar a adição de água sem o devido controle. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 25 III - ADITIVOS São denominados de aditivos os produtos que, se adicionados em pequenas quantidades às misturas de concretos e argamassas de cimento Portland, modificam algumas propriedades no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições. As adições acorrem, geralmente, em teores menores que 5% da massa do cimento. ADITIVOS - Histórico A história confirma que os aditivos já foram usados na fabricação de concretos e argamassas desde a época dos romanos, visto que já utilizavam a banha, a clara de ovo, sebo, leite de cabra, e o sangue como aditivos nas misturas de pozolana, possivelmente para melhorar sua trabalhabilidade. Atualmente, sabe-se que estes produtos funcionam como incorporadores de ar. Com o advento do cimento Portland, por volta de 1850, foi introduzido o gesso ao clinquer para se conseguir o retardamento de pega. Posteriormente, a partir de 1910, teve início a comercialização de produtos impermeabilizantes e aceleradores de pega, sem muita aceitação pelo mercado. Os plastificantes foram comercializados por volta de 1935, enquanto que os incorporadores de ar foram introduzidos no mercado em 1939, após a descoberta, no ano anterior, da possibilidade de aumento de resistência do concreto à ação do congelamento da água, ocorrida nos EUA. A partir dessa época começa o emprego racional e em grande escala de aditivos, através da industrialização e comercialização intensas, o que ocorre até os dias atuais. Atualmente, praticamente todos os concretos fabricados em centrais dosadoras de concreto (concreteiras) levam aditivos, principalmente plastificantes, retardadores de pega, polifuncionais e superplastificantes. Relato histórico.... Os aditivos para concreto são materiais que visam melhorar alguma de suas propriedades. Melhora a trabalhabilidade; Reduz a fissuração e retração e permeabilidade no concreto endurecido, aumentando sua durabilidade; Reduz a exsudação; Aumenta a produtividade; Facilita o bombeamento; Permite um melhor acabamento; UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 26 Os aditivos podem interferir na maioria das propriedades dos concretos e das argamassas como indicado a seguir. a) Relacionadas com a trabalhabilidade: • Melhorar a trabalhabilidade sem aumentar o teor de água; • Reduzir ou eliminar a exsudação; • Reduzir a segregação; • Melhorar o aspecto; • Corrigir a deficiência de finos do aglomerante e dos agregados; • Permitir a concretagem a temperaturas elevadas; • Acelerar ou retardar o tempo de início de pega. b) Relacionadas com a resistência: • Aumentar as resistências iniciais; • Aumentar as resistências finais; • Aumentar a resistência aos ciclos de congelamento e degelo. c) Relacionadas com a durabilidade: • Aumentar a durabilidade frente à ação química, física ou físico-química; • Aumentar a resistência aos micro-organismos. d) Relacionadas com a permeabilidade: • Reduzir o coeficiente de permeabilidade. e) Relacionadas com o custo: • Reduzir o custo unitário do concreto. Outras propriedades: • Criar expansão de volume nas argamassas e concretos (―grout‖); • Aumentar a aderência às massas endurecidas; • Conferir cor diferenciada ao material; • Produzir argamassa leve e celular; • Inibir a corrosão das armaduras; • Impedir a segregação ou a sedimentação do cimento nas caldas de injeção. Os aditivos podem se apresentar líquidos ou em pó, alguns dos tipos existentes no mercado são: Plastificantes; Retardadores de pega; Impermeabilizantes; Retentores de água; Multifuncionais ou polifuncionais; Superplastificantes; Superplastificantes de 3ª geração. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 27 A NBR 11768 identifica os aditivos cujas características são especificadas no Brasil conformea seguir: • ADITIVO PLASTIFICANTE (tipo P) • ADITIVO RETARDADOR (tipo R) • ADITIVO ACELERADOR (tipo A) • ADITIVO PLASTIFICANTE RETARDADOR (tipo PR) • ADITIVO PLASTIFICANTE ACELERADOR (tipo PA) • ADITIVO INCORPORADOR DE AR (tipo IAR) • ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE (tipo SP) • ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE RETARDADOR (tipo SPR) • ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE ACELERADOR (tipo SPA) Além dos aditivos acima, estão disponíveis no mercado os seguintes: • ADITIVO IMPERMEABILIZANTE • ADITIVO EXPANSOR • ADITIVO INIBIDOR DE CORROSÃO Tipo de aditivo x Aplicação Granato, 2004 ADITIVOS – RECOMENDAÇÕES GERAIS Deverá ser verificado e registrado as características dos aditivos conforme o que segue: ♦ Em cada recebimento de nova remessa e em todos os tambores; ♦ Sempre que for abrir um novo tambor; Deverá ser solicitado do fabricante uma referência de cor para verificação quando do recebimento destes aditivos. Deverá, também, ser verificado e registrado o pH dos aditivos disponíveis na central com utilização do papel de pH. Caso a cor, pH e a massa específica encontrada não estejam compatíveis, o aditivo não deverá ser utilizado, devendo o fabricante ser notificado, se possível através de correspondência pertinente. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 28 No caso do odor do aditivo apresentar-se suspeito, devem-se proceder as verificações acima citadas, devendo-se evitar sua utilização nos concretos até liberação do responsável pela central dosadora. Todas as centrais devem possuir dosador de aditivo devidamente calibrado e com as marcações de volume legível e em bom estado de funcionamento. IV - ADIÇÕES SILICA ATIVA e METACAULIM – VERIFICAR AS NORMAS SBRASILEIRAS. Materiais extremamente finos, de 10 a 100 vezes menor que o grão de cimento que preenche vazios entre os grãos maiores, propiciando uma estrutura mais compacta e reagem com a cal livre melhorando a resistência e durabilidade. Aplicações: CAD – Concreto de Alto Desempenho PRÉ-FABRICADOS CONCRETO PROJETADO PISOS INDUSTRIAIS FIBROCIMENTO E GRC (Glassfiber Reinforced Concrete) ARGAMASSAS – Revestimento, Estrutural e Graute CCR – Concreto Compactado com Rolo OBRAS HIDRÁULICAS – Canais, Reservatórios, Vertedouros, Tomadas d’água, Tubos, Pier, Estruturas Offshore, etc. SILICA ATIVA Material de alta reatividade composto de sílica amorfa de alta pureza com atividade pozolânica. É produzida em fábricas de ferro silício ou de silício metálico. Deve atender às especificações das normas NBR 13956 e NBR 13957 da ABNT e da norma ASTM C- 1240/93. Características: • Teor mínimo de sílica amorfa : 85 % • Diâm. méd. das partículas primárias: 0,15 µm • Perda ao fogo máxima : 6 % • Teor de umidade máximo : 3 % • Retido na peneira 325 # máximo : 10 % • Área específica : 20 m²/g METACAULIM Origem do nome: Meta-: prefixo grego que denota transformação. Na química, é sinônimo de ―desidratado‖. -caulim: do chinês ―Kao Ling‖ ou ―Colina Branca‖ - jazidas da argila naquele país. HP: do inglês ―High Performance‖ ou ―Alto Desempenho‖. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 29 Histórico O metacaulim de alta reatividade foi desenvolvido na França, em meados da década de 70, mas somente nos últimos 10 anos passou a ser utilizado na Europa e Estados Unidos como adição mineral de alta reatividade em concretos e argamassas. É uma pozolana de alta reatividade, em fase amorfa (vítrea), que reage com hidróxidos presentes nas pastas de Cimento Portland endurecidas, formando compostos quimicamente estáveis e mecanicamente mais resistentes: Características Físico-Químicas SiO2: 51% Al2O3: 40% Fe2O3: < 3,0% Área Específica: 18000 m2 / kg Finura : < 1,0% retido na peneira # 325 Massa Específica: 2,59 kg / m3 FIBRAS DE NYLON, POLIPROPILENO e FIBRAS DE AÇO – VERIFICAR AS NORMAS BRASILEIRAS. FIBRAS DE NYLON e POLIPROPILENO As fibras são incorporadas ao concreto a fim de inibir o aparecimento e a propagação de fissuras causadas por retração plástica ou hidráulica. Este efeito se deve à sua resistência aos esforços de tração ocasionados pela retração do concreto na secagem. Segundo alguns fabricantes e pesquisas sobre a utilização destes materiais, apresenta- se a seguir vantagens do uso das fibras: Elimina o aparecimento de microfissuras no período de cura proporcionando maior retenção de água; Cria uma malha de distribuição de esforços que automaticamente aumenta a resistência ao impacto e ao desgaste; Diminui a permeabilidade, dificultando a penetração de gases, líquidos e outros agentes agressivos oriundos do meio-ambiente; Aumenta a durabilidade das peças; Melhora a resistência superficial (abrasão), pois evitam a exsudação que altera a relação água / cimento. Incrementa a resistência à tração na flexão por melhoria nas condições de cura; Aumenta a resistência a impactos, estilhaçamentos e à fragmentação de bordos, cantos e superfícies desprotegidas do concreto; Absorve esforços de retração não-estruturais; CaO + H2O => Ca(OH)2 5Ca(OH)2 + Al2Si2O7 => 5CaO.Al2O3.2SiO2.5H2O (cristais de Gelenita) UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 30 Melhora sensivelmente a coesão do concreto, permitindo mais qualidade e performance de adesão com menos gasto de material; Reduz falhas de acabamento, praticamente não aparecendo no revestimento. Características das fibras: Fibras sintéticas; Resistentes meios ácidos e alcalinos; Não absorvem água; São Quimicamente inertes; São imputrecíveis e não enferrujam; São atóxicas; São inofensivas ao meio-ambiente Recomendações de uso: Quantidade: 200 a 400 g/m3 (Deve ser verificado); Tempo de mistura: 5 minutos ou até que as fibras estejam muito bem distribuídas no concreto; FIBRAS DE AÇO As fibras de aço possuem grande variedade de aplicações. Para essas aplicações são utilizados diferentes tipos de fibras e dosagens, de acordo com as necessidades do projeto, obtendo assim vantagens sobre a armadura convencional. Principais aplicações: Pisos industriais de alta solicitação Pisos de câmaras frigoríficas Pisos de postos de combustíveis Pavimentos rodoviários, aeroportuários e portuários Recuperação de estruturas de concreto armado e protendido Pré-moldados Concreto refratário Estabilização de encostas, cortes e taludes em rocha e solo Escoramento de escavações subterrâneas e a céu aberto Revestimento de túneis, cavernas e galerias de minas Recomendações de uso: Quantidade: 20 a 80 kg/m3 (Deve ser verificado); Tempo de mistura: até que as fibras estejam muito bem distribuídas no concreto; UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 31 V - A G L O M E R A N T E S Definição Materiais, geralmente pulverulentos, que entram na composição das pastas, argamassas e concretos. Sob a forma de pasta têm a propriedade de se solidificar e endurecer com o passar do tempo. Exemplos de aglomerantes: Gessos comum, anidro, hidráulico Cales aérea, hidráulica Cimentos natural, artificial, aluminoso Betumes asfalto, alcatrão Argilas APLICAÇÃO Pasta = aglomerante + água Nata = pasta muito fluida Argamassa = aglomerante + agregado miúdo Concreto = argamassa + agreg. graúdo Aglomerantes materiais ativos (pulverulentos) Agregados materiais inertes (granulosos) Aglomerados argamassas e concretos CLASSIFICAÇÃO GERAL Quimicamente ativo Simples Compostos Com adições Quimicamente inertes Endurecem por secagem - (argila) Classificação Segundo as Propriedades Aéreos endurecem expostos ao ar e não resistem a ação da água. Ex.: cal aérea, gesso Hidráulicos endurecem por hidratação dos compostos, tanto ao ar como em contato com a água. Ex.: cal hidráulica, cimento Portland Propriedades Essenciais: Pega solidificação da pasta Endurecimento aumento de resistência Durabilidade Resistência Pega e Endurecimento Estado Pastoso Estado Semi-sólido IP Estado Sólido FP Consistência Constante Consistência Crescente Resistência Crescente Fase da Pega Fase do Endurecimento UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 32 GESSO Definição: Aglomerante obtido da desidratação total ou parcial da GIPSITA. Matéria prima : gipsita = CaSO4 .2H2O Reações de obtenção : 1) 2 CaSO4. 2H2O + calor (<200.oC) 2 CaSo4.1/2 H2O + 3H2O 2) CaSO4. 2H2O + calor (>200 oC) CaSO4 + H2O 2H2O + calor (>200 oC) CaSO4 + H2O 3) 2CaSO4. 2H2O + calor (>1000 oC) CaSO4 + CaO + SO3 + 4H2O Temperatura Fórmula Nome Característica 150 a 190 oC CaSO4.1/2H2O Gesso comum Pega rápida > 200 oC CaSO4 Gesso anidro anidrita solúvel Pega lenta > 600 oC CaSO4 Anidrita insolúvel Sem pega >1.000 oC CaSO4 + CaO Gesso lento gesso hidráulico Pega lenta USO e APLICAÇÕES: Pasta = aglomerante + água Nata = pasta muito fluida Argamassa = Água + aglomerante + agregado miúdo Não pode ser utilizado na presença de água; Revestimentos de interiores; Placas de gesso para forros; confecção de blocos leves; Moldes de peças de precisão (odontologia e fundição); Florões, sancas e peças de decoração. Principais Características: Aglomerante quimicamente ativo, aéreo; Material pulverulento de cor esbranquiçada; Utilização: sob forma de pasta ou de argamassa; O gesso adere bem ao tijolo, pedre, ferro, concreto e mal a madeira e favorece a corrosão do aço; Excelente isolante térmico e acústico e pouco permeável ao ar, é bom protetor contra incêndios. Propriedades Físicas: Massa específica = 2,70 Mg/m3 Massa unitária = 0,7 a 1,0 Mg/m3 Resistência à compressão = 1,5 a 15,0 MPa (a 28 dias) Normalização: NBR 13207 – Gesso para construção civil – Especificação NBR 12127, NBR 12128; NBR 12129, NBR 12130 = NORMAS DE ENSIOS DE LABORATÓRIO. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 33 CAL AÉREA Aglomerante quimicamente ativo, aéreo. Material pulverulento de cor esbranquiçada Utilização: sob forma de pasta ou de argamassa Matéria prima para fabricação: CALCÁRIO As principais aplicações da cal no Brasil são nas: Indústrias: siderúrgicas como carga de fabricação de aço nos fornos, como aglomerante, regulador de pH em tratamento de águas servidas, lubrificante para trefilagem de vergalhões de aço, dessulfurante das gusas altos em enxofre e refratários básicos de fornos de aço; celulose e papel para regenerar a soda cáustica e para branquear as polpas de papel, junto com outros reagentes; açúcar na remoção dos compostos fosfáticos, dos compostos orgânicos e no clareamento do açúcar tintas como pigmento e incorporante de tintas à base de cal e como pigmento para suspensões em água, destinadas às ―caiações‖; alumínio como regeneradora da soda (total de 100 kg/t de alumina); diversas de refratários, cerâmica, carbonato de cálcio precipitado, graxas, tijolos sílico-cal, petróleo, couro, etanol, metalurgia do cobre, produtos farmacêuticos e alimentícios e biogás. Outros setores: tratamento de água na correção do pH, no amolecimento, na esterilização, na coagulação do alume e dos sais metálicos, na remoção da sílica; estabilização de solos como aglomerante e cimentante (na proporção de 5 a 8% em volume da mistura solo-cal); obtenção de argamassas de assentamento e revestimento como plastificante, retentor de água e de incorporação de agregados (com ou sem aditivos, em geral nas proporções de 13 a 17% dos volumes); misturas asfálticas como neutralizador de acidez e reforçador de propriedades físicas (em geral, 1% das misturas); fabricação de blocos construtivos como agente aglomerante e cimentante (em geral, 5 a 7% do volume do bloco). usos diversos precipitação do SOx dos gases resultantes da queima de combustíveis ricos em enxofre; corretivo de acidez de pastagens de solos agrícolas; sinalização de campos esportivos; proteção às árvores; desinfetantes de fossas; proteção à estábulos e galinheiros; e retenção de água, CO2 e SOx. Calcário = CO3Ca puro (ou CO3Ca + CO3Mg) 1. Fabricação 1a parte: Calcinação CO3Ca + calor CaO + CO2 Temperatura: 850 a 900 oC Perda de peso =(44%) Redução de volume =(12 a 20%) O CaO é denominado cal viva, ou cal caustica, ou cal virgem (não é o aglomerante ainda). http://pt.wikipedia.org/wiki/PH http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%81guas_servidas&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/wiki/Trefilagem http://pt.wikipedia.org/wiki/Gusa http://pt.wikipedia.org/wiki/Soda_c%C3%A1ustica http://pt.wikipedia.org/wiki/Alum%C3%ADnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Soda http://pt.wikipedia.org/wiki/Quilograma http://pt.wikipedia.org/wiki/Tonelada http://pt.wikipedia.org/wiki/PH UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 34 Limites Compostos CH-I CH-II CH-III Na fábrica 5 % 5 % 13 % CO2 No depósito ou na obra 7% 7% 15% Óxido não-hidratado calculado 10% Não exigido 15% Óxidos totais na base de não-voláteis 88% 88% 88% 2a parte: Extinção CaO + H2O Ca(OH)2 + calor Desprendimento de calor Pulverização das pedras Aumento de volume (2 a 3 vezes) = rendimento O Ca(OH)2 é denominado cal extinta, ou cal apagada, ou cal hidratada ou, ainda cal aérea 2 - Pega e endurecimento Reação: (OH)2Ca + CO2 CaCO3 + H2O Função da água na pasta: Catalisar a reação Permitir trabalhabilidade Ação do CO2 : lenta (existe apenas 0,04% no ar) Função da areia na argamassa : Aumenta porosidade (permite a carbonatação) Diminui a retração 3 - Propriedades Massa específica real = 2,20 a 2,5 Mg/m3 Massa unitária = 0,5 a 0,7 Mg/m3 Resistência à compressão = 1,5 a 3,0 MPa (aos 28 dias) 4 – Tipos – NBR 7175 CH I – cal hidratada especial CH II – cal hidratada comum CH III – cal hidratada comum com carbonato Exigências Químicas UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 35 Exigências Físicas Determinações Limites CH - I e CH - II CH - III Finura (% retida acumulada) Peneira 0,6mm 0,5% 0,5% Peneira 0,075mm 15% 15% Estabilidade Ausência de cavidades ou protuberâncias Retenção de água 80% 70% Plasticidade 110 110 Incorporação de areia 2,5 2,2 Anidrido carbônico (máximo 13%): Avalia a qualidade da calcinação, uma vez que determina o teor de CO2, que está combinado formando os carbonatos remanescentes da matéria prima (máximo 13%). Óxidos livres (máximo 10%): Determina o teor de óxidos não hidratados que, apesar de se constituirem no potencial aglomerante da cal, pois a hidratação tem continuidade, pode ter efeito negativo, uma vez que são produtos expansivos - CaO: 100%, e MgO: 110%. Óxidos totais (CaO + MgO): Avalia a qualidade da matéria prima e do processo de produção,uma vez que determina o teor de óxidos presentes (mínimo 88%). Impurezas: Material proveniente da rocha (quartzo e argilo-minerais), medido por meio do resíduo insolúvel, uma vez que a cal é solúvel em ácido clorídrido - máximo 12%. CAL = Re-Hidratação em Obra - Por que re-hidratar? Possibilitar um melhor envolvimento entre as partículas finas da cal e a água, lubrificando os grãos grossos de areia, melhorando a trabalhabilidade da argamassa. • Melhorar trabalhabilidade; • Hidratar óxidos remanescentes não hidratados; • Desfazer grumos de cal; • Aumentar a retenção de água; • Melhorar a plasticidade. Como re-hidratar? a)Pasta de Cal: Obras que empregam pasta de cal hidratada, deve-se colocar a cal em um recipiente com água até que forme uma pasta bem viscosa, não devendo ser usada água em excesso. A pasta produzida deve ser deixada em maturação durante 16 horas no mínimo. (NBR 7200). UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 36 b)Argamassa intermediária: Obras que empregam mistura prévia de cal e areia, deve-se misturar primeiramente a areia e a cal, e após, acrescentar água, atingindo-se consistência seca. A mistura produzida deve ser deixada em maturação durante 16 horas no mínimo (NBR 7200). Influência nas propriedades das argamassas: No estado fresco, a cal propicia maior plasticidade à argamassa, permitindo melhor trabalhabilidade e, conseqüentemente, maior produtividade na execução do revestimento. Outra propriedade no estado fresco é a retenção de água, importante no desempenho da argamassa, relativo ao sistema alvenaria/revestimento, por não permitir a sucção excessiva de água pela alvenaria. No estado endurecido, a cal apresenta a capacidade de absorver deformações devido ao seu módulo de deformação. Esta propriedade é de extrema importância no desempenho da argamassa, que deve acompanhar as movimentações da estrutura. A cal possibilita a diminuição da retração gerando menor variação dimensional, além de carbonatar lentamente ao longo do tempo, tamponando eventuais fissuras ocorridas no endurecimento, no caso de argamassa mista. Normalização: NBR 7175 – Cal Hidratada para Argamassas – Especificação CAL HIDRÁULICA Links interessantes: http://www.construcalce.com.br e http://civil.fe.up.pt/pub/apoio/ano1/CienciaDosMateriais/apontamentos/teorica_20022003/JSC_031 a043.pdf A cal hidráulica é um material de construção tradicional e foi de fundamental na história das argamassas empregada na arquitetura antes do advento do cimento. Os primeiros exemplos do emprego da cal hidráulica remontam ao império romano e antes ainda há indícios de uso pelos gregos. Na realidade, estes povos obtinham a cal hidráulica por meio de misturas de cal aérea e pozolanas. Composição Química: Hidróxidos de cálcio e magnésio, silicatos e aluminatos de cálcio. A CAL HIDRAULICA é um produto que atende bem ao apelo ecológico e pode ser assim considerado por alguns aspectos: Consome menor quantidade de combustíveis em seu processo de fabricação principalmente combustíveis fósseis tais como, carvão mineral, coque de petróleo e outros derivados do petróleo, ou ainda derivados da madeira, diminuindo assim as emissões de poluentes atmosféricos; Ao utilizar adições pozolânicas diminui o consumo das jazidas de calcário, preservando as jazidas e minimizando assim ou retardando os impactos ambientais causados pela mineração/ Dispensa a utilização de aditivos químicos. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 37 Calcários Argilosos + Calor Cal Hidráulica 1. Obtenção: a) Calcinação temperatura acima de 900 oC b) Extinção hidratação e pulverização do CaO c) Moagem pulverização dos grãos restantes 2. Constituição: Cal hidráulica = Ca(OH)2 + Silicatos e Aluminatos de Cálcio Maior quantidade de impurezas argilosas no calcário implica no aparecimento de mais silicatos e aluminatos de cálcio e diminuição da quantidade de hidróxido de cálcio (cal livre). 3. Classificação - (conforme o IH) " IH " = Índice de Hidraulicidade SiO2 + Al2O3 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 IH = ------------------- ou IH = ---------------------------- CaO CaO + MgO Cal hidráulica: 0,10 < IH < 0,50 Classificação quanto ao tempo de pega Cal Teor de Argila (%) IH Duração da pega Fracamente hidráulica 5 a 8 0,10 a 0,16 2 a 4 semanas Medianamente hidráulica 8 a 15 0,16 a 0,30 1 a 2 semanas Hidráulica 15 a 19 0,30 a 0,40 2 a 6 dias Eminentemente hidráulica 19 a 22 0,40 a 0,50 1 dia ou menos IH < 0,10 cal aérea IH > 0,60 cimento 0,50< IH < 0,60 cales limites Links interessantes: http://www.construcalce.com.br http://civil.fe.up.pt/pub/apoio/ano1/CienciaDosMateriais/apontamentos/teorica_20 022003/JSC_031a043.pdf http://www.construcalce.com.br/ UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 38 VI - CIMENTO PORTLAND 1. DEFINIÇÃO Aglomerante hidráulico constituído de silicatos e aluminatos resultantes da moagem do clinquer, o qual é obtido pelo cozimento, até fusão incipiente, de mistura de calcário e argila convenientemente dosada de forma a não resultar cal livre. Após a queima, é adicionado sulfato de cálcio (gipsita). Como veremos mais adiante, recentemente, a fabricação dos cimentos Portland admite a adição de outros produtos como calcário moído (filler), escórias de alto forno ou pozolanas, além da gipsita, para produção dos diversos tipos de cimento disponíveis no mercado brasileiro e internacional. O cimento tem como material de base o calcário, material natural encontrado em abundância em todo o universo, do qual se produz a cal, empregada como aglomerante principal na fabricação de argamassas de revestimento na construção civil. Assim, entendemos que uma revisão sumária do processo de obtenção da cal é necessária para a compreensão do processo de fabricação do cimento e suas propriedades aglomerantes. A cal aérea é empregada como aglomerante nas argamassas, sendo obtida a partir do calcário (CaCO3). Numa primeira fase da obtenção, o calcário é aquecido à temperatura de 900ºC quando ocorre a sua descarbonatação (perda do CO2) e se obtém a cal virgem ou cal viva (CaO), conforme a reação a seguir. CaCO3 + calor CaO + CO2 Em seguida, processa-se a extinção da cal virgem através da hidratação das pedras porosas, observando-se o esboroamento do material (formação de flocos) e aumento de volume que pode alcançar 2 a 3 vezes o volume original a depender da reatividade da matéria prima. Observe-se que durante a hidratação verifica-se um considerável aumento de volume, o que exige que a extinção da cal seja processada antes da aplicação do material nos revestimentos. No processo de hidratação da cal virgem obtém-se a cal aérea (hidróxido de cálcio) CaO + H2O Ca(OH)2 + calor O endurecimento da cal ocorre pela exposição ao ar das argamassas aplicadas nos revestimentos, onde a presença do gás carbônico atua sobre o hidróxido de cálcio, re- carbonatando o produto (restituição do calcário). Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O A cal aérea caracteriza-se por um aglomerante de baixa resistência à ação da água. Descobriu-se, ainda na antiguidade, que a adição de argila nas misturas calcárias melhorava as propriedades desse material à presença da água, a depender da composição dos componentes das matérias primas, o que deu origem à denominada calhidráulica. Os óxidos argilosos (sílica, alumina e óxido de ferro) combinam-se com o óxido de cálcio do calcário para a formação de silicatos e aluminatos de cálcio, diminuindo a presença de cal virgem no material resultante. Dessa resumida exposição, pode-se entender a importância que tem a dosagem conveniente dos componentes do calcário com os da argila, de modo a não deixar cal livre no produto final, sob pena de que, quando da mistura com a água, observar-se uma instabilidade volumétrica por expansão da massa em processo de endurecimento, devido à formação de hidróxido de cálcio, gerando fissuração e conseqüente deterioração do material. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 39 As pesquisas desenvolvidas na Inglaterra no final do século XVIII conduziram a descobertas de aglomerantes cada vez mais resistentes à ação da água, fazendo com que, em 1824, um arquiteto inglês e construtor de obras portuárias Joseph Aspdin solicitasse o registro de patente de um material que levou o nome de Cimento Portland. O nome Portland origina-se da semelhança na aparência e textura que o produto tem com as pedras calcárias da região de Portland na Inglaterra, após o endurecimento. RESUMO HISTÓRICO Os gregos e romanos utilizam calcário calcinado + cinza vulcânica. John Smeaton reconhece as propriedades químicas da cal hidratada. Utilização de calcário com alto teor de argila. 1818 - Louis Vicat compreende perfeitamente as causas do endurecimento dos cimentos. Considerado seu inventor. Mistura calcário + argila. 1824 - Joseph Aspdin patenteia o Cimento Portland. Origem do nome Portland: Cor semelhante com a pedra de Portland (calcário de Dorset). 1885 - Frederick Ransome inventa o forno rotativo, que prevalece até hoje. NO BRASIL 1888 - Comendador Antônio Rodovalho 1892 - Ilha de Tiriri na Paraíba 1912 -Cachoeiro do Itapemirim (ES) 1926 - Companhia de Cimento Brasileiro Perus - Primeira produção efetiva. 1939 - Cinco fábricas 1953 - 15 fábricas 1992 - 56 fábricas 2011 - 70 fábricas – 12 grupos. 2015 – cerca de 95 plantas – 22 grupos. O mercado do cimento no Brasil é atualmente composto por 22 grupos cimenteiros, nacionais e estrangeiros, com 95 plantas produzindo (Setembro de 2015), espalhadas por todas as regiões brasileiras. A capacidade instalada anunciada do país é de 82 milhões de toneladas/ano, mas pelos últimos levantamentos, estima-se que a capacidade instalada já tenha ultrapassado os 96 milhões de toneladas/ano, devendo chegar aos 100 milhões de toneladas até o final de 2016, com a entrada das plantas em construção. Somente no ano passado e até o mês de agosto/15, mesmo com o mercado apontando queda no consumo, foram adicionadas mais 5 milhões de toneladas anuais à capacidade instalada do parque industrial cimenteiro. Para conhecer a localização de cada fábrica e a quais grupos elas pertencem, criamos um link diretamente do site do SNIC (www.snic.org.br), clicando no mapa para indicar qual a fábrica e a qual grupo aquela fábrica pertence. Produção Brasileira (milhões de tonelada) – Fonte: SNIC, 2008. ANO PRODUÇÃO ANO PRODUÇÃO 1988 25,3 2000 39,6 1990 25,8 2001 38,9 1991 27,5 2002 37,9 1992 23,9 2003 33,9 1993 24,8 2004 36,0 1994 25,2 2005 39,2 1995 28,2 2006 41,7 1996 34,5 2007 45,9 1997 38,1 2008 51,0 1998 38,9 2009 51,6 1999 40,2 2010 59,1 http://www.snic.org.br/fabricas.asp http://www.snic.org.br/fabricas.asp http://www.snic.org.br/fabricas.asp UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 40 Maiores Produtores Mundiais em toneladas. Fonte: SNIC, 2010 2. CONSTITUIÇÃO As matérias primas que dão origem ao cimento Portland são: Calcário CaO e MgO Argila SiO2 , Al2O3 e Fe2O3 Gesso SO3 Os óxidos acima constituem, geralmente, mais de 95% da composição do cimento Portland. Outros óxidos estão presentes no cimento provenientes das matérias primas e que, além dos acima indicados, podem ser identificados na análise química: K2O, Na2O, TiO2, Mn3O4, P2O5 etc. Os óxidos componentes do cimento, quando aquecidos à temperatura de 1500ºC, aproximadamente, dão origem, através de combinações complexas, aos compostos anidros do cimento: C3S ----- Silicato tricálcico ------------------------- 3CaO. SiO2 C2S ----- Silicato dicálcico -------------------------- 2CaO. SiO2 C3A ----- Aluminato tricálcico -------------------- 3CaO. Al2O3 C4AF --- Ferro aluminato tetracálcico ---------- 4CaO. Al2O3 e Fe2O3 UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 41 Características dos compostos: C3S - cristais grandes e com arestas, que se hidrata em poucas horas com grande produção de calor, formando hidróxido de cálcio ( Ca(OH)2 ) na hidratação. É o composto responsável pela resistência do cimento nas primeiras idades. Conteúdo médio 52% C2S - cristais grandes de forma arredondada. A pega é lenta e seu endurecimento progride lentamente com o tempo. Desprende baixo calor de hidratação e forma pouco Ca(OH)2 em comparação com o C3S. A resistência inicial é menor que a do C3S, porém ultrapassa-a após um ano. Conteúdo médio 26%. C3A - material intersticial claro que envolve os cristais de silicatos. A pega é instantânea, com grande produção de calor. Responde pela resistência do cimento nas primeiras horas, sem contribuir muito para a resistência final. É material vulnerável ao ataque dos sulfatos. Consome Ca(OH)2 quando da reação de hidratação. Conteúdo médio 9%. C4AF - material intersticial escuro que envolve os cristais de silicatos. Hidrata-se rapidamente com pequena produção de calor. A resistência é menor que a do C3A. Resumo das propriedades dos compostos: PROPRIEDADES C3S C2S C3A C4AF Resistência boa Boa fraca fraca Intensidade de reação média lenta rápida rápida Calor de hidratação médio pequeno grande pequeno A formação dos compostos durante o processo de calcinação inicia-se pelo C4AF, seguido do C3A, após a combinação de todo o óxido de ferro. Em seguida, forma-se o C2S, consumindo toda a sílica. A sobra de CaO combina-se com o C2S, já formado, para dar origem ao C3S. O importante é que não sobre CaO livre. As especificações brasileiras para todos os tipos de cimento permitem a presença de até 1,0% de cal livre, como veremos mais adiante. Os compostos anidros do cimento Portland conferem as propriedades que o material apresenta, do ponto de vista de resistência, durabilidade, pega e desenvolvimento de calor de hidratação. O conhecimento, portanto, das proporções em que estes produtos estão presentes no aglomerante é importante para prever o seu desempenho em determinadas situações. A proporção de mistura destes compostos recebe o nome de composição potencial do cimento. Na análise química, a identificação e quantificação dos componentes são feitas a partir dos óxidos. Para o cálculo da composição potencial, existem diversas formulações propostas por pesquisadores, sendo a mais aceita a que foi apresentada por Bogue: UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 42 %C4AF = 3.04 x %Fe2O3 %C3A = 2.65 x %Al2O3 - 1.69 x %Fe2O3 %C3S = 4.07 x %CaO - 7.60 x %SiO2 - 6.72 x % Al2O3 - 1.43 x %Fe2O3 – 2.85 x %SO3 %C2S = 2.87 x % SiO2 - 0.754 x % C3S A determinação da composição potencial pode ser feita com a utilização do nomograma de Bogue, ou seja, através de um processo gráfico que contém uma disposição adequada de escalas representativas das equações acima. Este nomograma foi usado antigamentepela facilidade de traçado, dispensando a realização de cálculos, sujeitos a erros, o que hoje é facilitado com o emprego das máquinas programáveis. Como exemplo, indicamos, a seguir, o resultado de uma análise química de uma amostra de cimento Portland CP II F 32, fabricado no Estado de Sergipe, feita num laboratório, a partir do qual determinamos a composição potencial do material com a aplicação das fórmulas de Bogue. % CaO (total): 63,33 % K2O: 0,80 % SiO2: 19,89 % Na2O: 0,10 % Al2O3: 4,12 %MgO: 1,40 % Fe2O3: 2,64 % SO3: 2,43 % CaO (livre): 0,56 %C4AF = 3.04 x 2.64 = 8.03% %C3A = 2.65 x 4.12 - 1.69 x 2.64 = 6.46% %C3S = 4.07 x (63.33 – 0.56) - 7.60 x 19.89 - 6.72 x 4.12 - 1.43 x 2.64 – 2.85 x 2.43 = 65.92% %C2S = 2.87 x 19,89 - 0.754 x 65.92 = 7,38% Composição média dos cimentos brasileiros: C3S : 40 a 60 % C2S : 14 a 35 % C3A : 5 a 13 % C4AF : 6 a 10 % 3. FASES DE FABRICAÇÃO DO CIMENTO A fabricação do cimento Portland exige instalações industriais de grande porte e um grande consumo de energia. O fluxo de fabricação e indicado a seguir. 3.1. EXTRAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA - Calcário/Argila As rochas calcárias são, geralmente, extraídas por derrocagem por explosivo, obtendo- se blocos de diversos tamanhos, dos quais os maiores devem ser re-fracionados para transporte para a fábrica, onde serão britados. Existem jazidas de depósitos sedimentares de carapaças de mariscos, como é o caso da Baia de Aratu na região UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 43 metropolitana de Salvador, onde, durante muito tempo, a extração do calcário foi feita por dragagem do fundo da Baia e transportado, por chatas, até o porto na fábrica de cimento, onde era beneficiado. Este processo é muito dispendioso e traz problemas ambientais, tornando-se inviável com o tempo. A argila é obtida por escavação mecânica em jazida do tipo banco, de origem natural. 3.2. BRITAGEM DO CALCÁRIO O calcário chegado na fábrica em dimensões variadas, com diâmetro máximo equivalente ao da pedra de mão, necessário para penetrar na abertura do britador, deve ser britado, até alcançar a dimensão do grão de areia. 3.3. BENEFICIAMENTO DA MATÉRIA PRIMA As matérias primas são inspecionadas na jazida, para liberação, e na fábrica, para recebimento, com remoção de eventuais impurezas. 3.4. MISTURA DAS MATÉRIAS PRIMAS - MISTURA CRUA O calcário é misturado à argila em proporções que variam entre 75/25% a 80/20% (calcário/argila), a depender da composição dos óxidos em cada material. O produto resultante dessa mistura é denominado de ―mistura ou farinha crua‖. Nessa fase podem ser distinguidos dois processos de fabricação do cimento Portland, utilizados no mundo inteiro: - PROCESSO POR VIA SECA - PROCESSO POR VIA ÚMIDA No processo por via seca as matérias primas são previamente desidratadas e misturadas a seco, constituindo uma farinha crua, enquanto que no processo por via úmida, a mistura envolve a presença da água, obtendo-se uma lama. A fabricação do cimento envolve um custo bastante elevado com combustível e equipamento, independente das dimensões das instalações. A água adicionada às matérias primas para constituir a lama será extraída por secagem, consumindo-se muita energia, além de aumentar para o dobro o comprimento do forno de fabricação se comparado com o método por via seca. Por essa razão, o processo por via seca tem sido mais utilizado atualmente em razão dos custos mais baixos de produção, tanto pelo menor consumo de combustível como pela menor extensão do forno. O processo por via úmida tem a vantagem de produzir um material mais homogêneo nas suas características, se comparado com o obtido no processo por via seca, porém com custos significativamente maiores. Em ambos os casos, as diversas misturas estocadas são retificadas conforme orientação do laboratório para obtenção de uma mistura final que apresente a composição ideal entre os óxidos argilosos e calcários. 3.5. MOAGEM DA MISTURA CRUA A mistura passa por um processo de moagem em moinho de bolas, o qual contém esferas de aço com superfícies cementadas colocadas dentro de um cilindro de aço que gira em alta velocidade, promovendo a moagem do material por impacto. A cementação caracteriza-se por um tratamento térmico aplicado ao aço que permite elevar a dureza superficial da peça, mantendo a ductilidade do material no seu interior. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 44 Dessa forma, as esferas apresentam maior durabilidade frente ao impacto, face à maior dureza superficial, sem se romper devido à ductilidade interior da massa. 3.6. TRANSPORTE PARA O FORNO No processo por via seca, o transporte entre os silos e o forno é feito por ar comprimido, enquanto que no processo por via úmida, através de bombas. 3.7. CALCINAÇÃO DA MISTURA CRUA - FORNO ROTATIVO A mistura é calcinada em forno rotativo de produção contínua, com diâmetros e comprimentos que dependem da sua capacidade de produção. No processo por via úmida, o forno apresenta três fases: a primeira fase que recebe a mistura crua opera numa temperatura de 100o C, correspondendo a 50% do comprimento total do forno, onde ocorre a desidratação da mistura crua. A fase seguinte opera numa temperatura de cerca de 900o C, onde se dá a descarbonatação (perda de CO2 do CaCO3), com extensão próxima de 30% do comprimento total. A última fase caracteriza-se pela formação do clinquer (clinquerização), que opera de 1450o C a 1500o C. No processo por via seca não há necessidade da primeira fase, vez que a mistura crua é seca, gastando menos combustível e equipamento. 3.8. RESFRIAMENTO DO CLINQUER O clinquer obtido a 1450o C, aproximadamente, deve ser resfriado para cerca de 40 a 70oC, utilizando contato direto com o ar em contra corrente ou com chapas com água corrente. 3.9. MOAGEM DO CLINQUER E ADIÇÃO DO GESSO E DEMAIS ADIÇÕES O clinquer tem coloração escura, quase preta, formando fragmentos arredondados com tamanhos variados. O produto é moído em moinho de bolas, ocasião em que é misturado com a gipsita e as demais adições (filler, escórias ou pozolanas). 3.10. ENSILAMENTO E ENSACAMENTO Após a fabricação, o cimento é testado pelo laboratório e, se aprovado, é estocado em silos para ser comercializado. 3.11. COMERCIALIZAÇÃO A comercialização do cimento pode ser em sacos de 50kg, 40kg ou de 25kg ou a granel. A apresentação de vídeo ilustra a fabricação do cimento Portland. 4. ENDURECIMENTO DO CIMENTO O endurecimento do cimento ocorre pela hidratação dos compostos anidros do cimento, através de reações complexas, dando origem a compostos hidratados estáveis na presença de água. A reação do C3A com a água é imediata. Sem a presença da gipsita, que tem a função de retardar esta reatividade, não seria possível trabalhar com o cimento na construção civil. A solubilização do sulfato da gipsita em água, juntamente com os álcalis, reduz a solubilidade do C3A, retardando o processo de hidratação. Os compostos formados são o trissulfoaluminato de cálcio hidratado, também chamado de etringita, constituído de pequenas agulhas prismáticas, o UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 45 monossulfoluminato de cálcio hidratado, formando placas hexagonais. A hidratação dos silicatos C3S e C2S produzuma família de silicatos de cálcio hidratados similares na estrutura, porém, com relação cálcio/sílica e teor de água combinada bastante variável, sendo, por esta razão, representados pela sigla C–S–H. A literatura faz menção a este produto como sendo gel de tobermorita em face de semelhança estrutural deste mineral natural com a dos silicatos hidratados do cimento, porém, esta denominação não vem sendo mais aceita em razão das variações de composição que sofre o C–S–H com o passar do tempo. As reações dos compostos anidros com a água podem se resumidas da seguinte forma: C3S – hidrata-se em poucas horas, desprende calor, forma hidróxido de cálcio (portlandita) e silicatos hidratados C–S–H. C2S – hidrata-se lentamente, com pequena formação de hidróxido de cálcio (portlandita). Forma silicatos hidratados C–S–H. C3A – hidrata-se rapidamente, com grande calor. Não produz hidróxido de cálcio, consumindo-o parcialmente. Forma aluminato hidratado e, na reação com o sulfato da gipsita, dá origem ao sal de Candlot (etringita). C4AF – hidrata-se mais lentamente que o C3A, sem formação de hidróxido de cálcio. Forma aluminato hidratado, bem como a etringita. Reação do aluminato com o gesso – sulfoaluminato de cálcio (sal de Candlot) C3A aq. + 3CaSO4 = 3CaO. AL2O3. 3CaSO4 .3l H2O HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND – Resumo esquemático Cimento +Água = Compostos hidratados estáveis+ Ca(OH)2 (Pega e Endurecimento) a) Reações dos silicatos com a água : 1) 2(SiO 2 . 3CaO) + 6H 2 O = 2SiO 2 . 3CaO . 3H 2 O + 3 Ca(HO) 2 alita tobermorita portlandita 2) 2(SiO 2 . 2CaO) + 4H 2 O = 2SiO 2 . 3CaO . 3H 2 O + Ca(HO) 2 belita tobermorita portlandita b) Reações dos aluminatos com a água : 3) C3A + água = aluminato tri-cálcico hidratado 4) C4AF + água = aluminato tri-cálcico hidratado + ferrito mono-cálcico hidratado 5) Alumiando tri-cálcio hidratado + Gipsita = = 3CaO. Al2O3. 3CaSO4 31H2O Sal de Candlot UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 46 6) Alumiando tricálcico hidratado +Ca (OH)2 = Al. tetra-cálcico hidratado 7) Ferrito monocálcico hidratado +Ca(OH)2 = Ferrato tri-cálcico hidratado 8) CaOlivre + água = Ca(HO)2 9) MgO + água = Mg(HO)2 5. PROPRIEDADES DO CIMENTO PORTLAND 5.1. MASSA ESPECÍFICA Denominamos de Massa Específica a relação entre a massa do material e o volume real dos grãos que o compõem, diferentemente da Massa Unitária, que significa a relação entre a massa do material e o volume que o mesmo ocupa. Massa Específica (densidade absoluta): ~ 3,12 kg/dm3 Massa Específica Aparente (massa unitária): variável, entre 1,2 a 1,4 kg/dm3 A Massa Específica depende da composição dos óxidos presentes no material e da maior ou menor parcela de adições. A variação da Massa unitária do cimento decorre da sua alta finura e elevada densidade, o que faz com que uma maior ou menor energia empregada no manuseio de uma porção de cimento quando colocada num recipiente de medida, uma caixa por exemplo, resulte numa maior ou menor quantidade de grãos no interior do recipiente. Esta constitui uma das principais razões para que as Normas Técnicas recomendem a medição do cimento para produção de concreto estrutural seja feita sempre em massa, jamais em volume. A NBR NM 23 contém os procedimentos normalizados de ensaio para obtenção da massa específica real do cimento Portland, utilizando o frasco de Le Chatelier. 5.2. PEGA E ENDURECIMENTO Os conceitos relacionados com a evolução das propriedades mecânicas da pasta do cimento devidas ao desenvolvimento de reações químicas entre os compostos e a água com o passar do tempo determinam os processos de pega e endurecimento. São determinados dois tempos de pega: o de início e o de fim de pega. O tempo de início de pega busca identificar o momento em que as reações de hidratação se processam de forma mais intensa, conduzindo a pasta a uma consistência cada vez mais rija, acompanhada por uma elevação sensível da temperatura do material ( as reações de hidratação do cimento são exotérmicas). O de fim de pega ocorre quando a pasta adquire caráter sólido, iniciando-se o processo denominado de endurecimento, quando, progressivamente, o cimento torna-se mais resistente. Fatores que influenciam o tempo de pega: - Teor de C3A: Maior teor de C3A: no cimento resulta em menor tempo de pega. - Finura: Cimentos mais finos apresentam tempo de pega menor. - Quantidade de água de amassamento: Maior quantidade de água, menor é o tempo de pega. - Temperatura: Temperaturas mais elevadas reduzem o tempo de pega por acelerarem as reações de hidratação do cimento. - Aditivos (aceleradores e retardadores): Os aditivos podem reduzir ou retardar o tempo de pega do cimento. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 47 Ensaio NBR 16607 - Determinação dos Tempos de Pega que utiliza o Aparelho de Vicat. Para a realização desse ensaio é preciso, anteriormente, determinar a quantidade de água necessária à mistura com o cimento de modo a alcançar a consistência normal, conforme a NBR16606 Cimento Portland — Determinação da pasta de consistência normal, que utiliza, também, o aparelho de Vicat com a Sonda de Tetmayer. Os procedimentos de ensaio, justificativas para os processos e detalhes serão vistos na aula prática. Fenômeno de falsa pega: no ensaio para determinação do tempo de início de pega, pode-se obter um prazo muito rápido, indicando uma não conformidade do cimento. Esse fenômeno é atribuído à presença de gesso aglomerante no cimento, ou seja, a presença de sulfato de cálcio hemidratado que reage com a água e aumenta imediatamente a consistência da pasta, resistindo à penetração da agulha de Vicat. Sempre que a temperatura do clinquer no processo de moagem alcançar valores próximos de 120º, a gipsita adicionada desidrata-se, formando o gesso hemidratado (gesso de Paris). 5.3. FINURA A finura do cimento está relacionada com as dimensões dos grãos que compõem o material. Duas formas são empregadas para medir a finura do material: - pelo tamanho máximo do grão determinado a partir da proporção em peso da parcela de material retido numa peneira de malha preestabelecida (malha 200 0,075mm) - NBR 11579; - pelo valor da superfície específica, ou seja, a área lateral total dos grãos contidos em um grama de cimento, medidos através do Permeabilímetro de Blaine - NBR16372. 5.4. ESTABILIDADE DE VOLUME Aumento de volume da pasta, no estado plástico ou endurecido, em razão de excessivas quantidades de óxido de cálcio livre ou óxido de magnésio. Os teores desses óxidos são limitados pelas especificações dos cimentos para evitar estes inconvenientes. A determinação da expansibilidade pode ser feita por dois métodos: - com emprego das Agulhas de Le Chatelier – NBR 11582. - em autoclaves 5.5. CALOR DE HIDRATAÇÃO Aumento de temperatura da pasta verificado no processo de hidratação dos compostos do cimento. Trata-se de um dado importante para obras de grande volume, onde o aquecimento excessivo do maciço pode gerar o aparecimento de trincas de contração quando do resfriamento da massa. A preocupação com esta propriedade assume importância fundamental em obras de barragens de concreto e a construção de peças espessas como blocos de fundação. Geralmente espessuras acima de 50cm já merecem atenção quanto a esta propriedade. UFBA – Escola politécnicaDCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 48 Métodos: - NBR 8809 – Determinação do Calor de Hidratação a partir do Calor de Dissolução. Envolve a exposição de duas amostras de cimento, uma anidra e outra hidratada, em soluções de ácido fluorídrico e ácido nítrico, medindo-se o calor desenvolvido numa garrafa térmica; - Garrafa thermos. Na prática, o conhecimento do desenvolvimento do calor no interior dos maciços concretados é indispensável para minimizar as deformações diferenciais e conseqüente fissuração da peça. No concreto simples, o gradiente térmico superior a 15o já pode induzir ao aparecimento das fissuras, enquanto que no concreto armado, este gradiente passa a preocupar a partir de 20o ou 25o, em face da presença da armadura. Os manuais fornecem dados de calor de hidratação dos compostos do cimento desenvolvido em determinadas idades, como a tabela resultante das experiências de Lerch e Bogue: Composto 7 dias 28 dias 6 meses Total C3S 110 120 120 120 C2S 20 45 60 62 C3A 185 205 207 207 C4AF 40 50 70 100 MgO - - - 203 CaO livre - - - 278 A partir desta tabela é possível comparar o calor desenvolvido pelos cimentos conhecendo-se as suas composições potenciais. 5.6. RESISTÊNCIA AOS AGENTES AGRESSIVOS A degradação do cimento pela ação de agentes agressivos geralmente ocorre com a presença da água, seja pela dissolução dos compostos presentes ou por reações químicas e formação de compostos solúveis. - Águas puras – águas que apresentam reduzido teor de sais dissolvidos nela, portanto com alto poder de dissolução, promovem a lixiviação do hidróxido de cálcio das pastas de cimento, conduzindo a uma rápida degradação do produto. - Águas ácidas – águas de chuva que contenham baixo teor de CO2, como é o caso de regiões rurais, o CO2 reage com o hidróxido de cálcio existente nas pastas de cimento resultando na formação de CaCO3, pouco solúvel que tende a proteger a estrutura. Em ambientes com elevados teores de CO2, próprios de regiões urbanas e industriais, ocorre a formação de bicarbonato de cálcio, mais solúvel, que é removido progressivamente, proporcionando a deterioração do material. - Águas sulfatadas (águas do mar e esgotos) – águas que apresentam consideráveis quantidades de sulfatos e de cloretos, conduzindo à formação de sulfoaluminato de cálcio, produto de características expansivas, e a dissolução do hidróxido de cálcio em face de presença de radicais ácidos. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 49 5.7. REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO Reação dos álcalis (Na2O e K2O) do cimento com certos minerais presentes em algumas rochas, dentre eles a opala, calcedônia, tridimita, cristobalita, formando compostos expansivos que provocam a ruptura da massa endurecida. São conhecidos os casos no Brasil e exterior de barragens de concreto que apresentam problemas dessa natureza, prejudicando o seu funcionamento. Na Bahia, o caso mais clássico é o da barragem de Moxotó no Rio Moxotó, afluente do Rio São Francisco, no norte do Estado. Atualmente, sabe-se que o emprego de pozolanas ou escórias finamente granuladas de alto-forno nas misturas de concreto serve para minimizar esses inconvenientes. Por esta razão, praticamente todas as barragens construídas no mundo contêm um destes materiais na composição dos concretos. 5.8. RESISTÊNCIA AOS ESFORÇOS MECÂNICOS Medida da resistência à compressão do cimento através da moldagem e ruptura de corpos de prova cilíndricos de 5cm de diâmetro e 10cm de altura, conforme a NBR 7215. São moldados 12 corpos de prova empregando argamassa confeccionada com cimento e areia Normal, traço 1:3 em massa, sendo rompidos 4 cps aos 3 dias, 4 cps aos 7 dias e 4 cps aos 28 dias. A média dos valores obtidos aos 28 dias identifica a classe do cimento, de acordo com as especificações brasileiras. f = Q / So So = . d2 / 4 (d=5cm) Fatores que influenciam a resistência à compressão do cimento a) Relação água/cimento A resistência diminui à medida que aumenta o fator água cimento, em razão da maior porosidade da pasta proporcionada com o excesso de água que tende a evaporar em relação à água necessária à hidratação. b) Idade: A resistência cresce progressivamente com a idade. c) Aditivos: Existem aditivos que retardam ou aceleram a resistência o cimento. d) Forma e dimensão dos corpos de prova A depender da forma e das dimensões dos corpos de prova, os valores da resistência do cimento podem variar. Os corpos de prova para ensaio de resistência do cimento são de formato cilíndrico com relação altura diâmetro igual a 2. 6. TIPOS DE CIMENTO PORTLAND DO BRASIL Veremos, a seguir, algumas características dos cimentos Portland especificados na Norma Brasileira e disponíveis no mercado brasileiro e suas respectivas características, a partir das quais podem ser escolhidos os produtos mais adequados para determinados tipos de obra. Dos cimentos indicados a seguir, atualmente não tem havido interesse dos fabricantes de produzir o cimento de classe 25, o que é compreensível em razão de se buscar sempre oferecer ao mercado produtos mais resistentes. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 50 As adições efetuadas às matérias primas para a produção dos diversos tipos de cimento Portland são: escórias de alto forno, pozolanas e filler calcário. As escórias são subprodutos da obtenção do ferro gusa, com características ligantes semelhantes ao clinquer. Provêm da queima do minério de ferro, que contém material argiloso, na presença de calcário utilizado como fundente, com resfriamento rápido para que a sílica endureça formando uma estrutura amorfa, o que lhe confere reatividade com a cal liberada durante a hidratação do cimento. As reações são lentas. A escória deve ser finamente moída para sua ativação física. Influência da escória nas propriedades do cimento: - Melhora a trabalhabilidade do material para uma mesma consistência. - Melhora a resistência ao ataque por água do mar e por sulfatos – tanto mais resistente quando maior o teor de escória. - Reduz o calor de hidratação. - Previne contra a expansão devida a reação álcali – agregado. - Diminui a resistência mecânica do cimento nas primeiras idades. Atenção para o risco de aparecimento de enxofre na escória, o que inviabiliza seu uso nos concretos, pela possibilidade de ocorrerem expansões indesejáveis com o tempo, e nas caldas de injeção em contato com cabos de protensão por aumentar o risco de corrosão sob tensão (―stress corrosion‖). As pozolanas são produtos que apresentam a capacidade de reagir com a cal do cimento para a formação de compostos hidratados estáveis e resistentes. O nome foi dado ao material extraído da região de Puzzuoli na Itália onde foi descoberto, quando misturado com a cal para a produção da cal hidráulica. Este material resulta do resfriamento brusco de lavas ou cinzas vulcânicas, onde a sílica presente não tem tempo de cristalizar-se, permanecendo amorfa e, portanto, reativa na presença do hidróxido de cálcio do cimento. Ao contrário da escória, a pozolana não reage com a água na forma em que é obtida. A reação só ocorre na presença da cal. Influências da pozolana nas propriedades do cimento: - Menor tendência à segregação para uma mesma consistência; - Menor calor de hidratação; - Menor resistência mecânica inicial, a pequenas idades, porém maior resistência em idades avançadas; - Menor tendência à lixiviação da cal por águas puras e ácidas; - Maior resistência ao ataque por sulfatos; - Previne contra a expansão devida à reação álcali – agregado; - Maior retração por secagem. Materiais pozolânicos: Pozolana natural Argila calcinada Sílica ativa Resíduo da queima da casca de arroz Cinza volante -rejeito de carvão mineral (fly ash) O filler calcário resulta da moagem de rochas que apresentam carbonato de cálcio na sua constituição, como o próprio calcário. Tal adição serve para tornar os concretos e argamassas mais trabalháveis porque os grãos desses materiais moídos têm UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 51 dimensões adequadas para se alojar entre os grãos dos demais componentes do cimento, funcionando como um verdadeiro lubrificante. Foi publicada em 3 de julho de 2018 a nova norma técnica que unifica outras oito relacionadas ao Cimento Portland – a maioria com data entre 1991 e 1994. Os avanços tecnológicos, os compromissos ambientais assumidos pelos fabricantes e as exigências do mercado indicaram que elas deveriam ser revisadas e condensadas em uma só. Nasceu, então, a ABNT NBR 16697 (Cimento Portland – Requisitos). A nova norma de especificação de cimento ABNT NBR 16697: saiba o que mudou e o que não mudou. LER ATIGO ENVIADO. A norma de especificação do Cimento Portland ABNT NBR 16697 traz várias novidades, dentre elas, seguindo tendência internacional, a unificação em um só documento dos requisitos atualizados das antigas especificações, a saber: Outras inovações consistiram na incorporação de práticas já adotadas pelo setor de cimento nos últimos anos. São elas: Eliminação da menção do peso da sacaria (sacos de 50 kg) na norma, a exemplo das normas internacionais. Esclarece-se que isso não desobriga essa inscrição nos sacos, que devem conter a informação da massa líquida do produto. Atualmente existem sacos de 50 kg, 40 kg e 25 kg, sendo este último o padrão a vigorar futuramente, conforme acordo recente com o Ministério Público do Trabalho; Redução de 2% para 1% da massa líquida declarada do saco em atendimento à Portaria No248, de 17 de julho de 2008 do MDIC / INMETRO. Eliminação do ensaio rotineiro de CO2, passando a ser ensaio facultativo. O controle da adição calcária passa a ser feito pelo ensaio químico de Perda ao Fogo (PF) como em âmbito mundial se pratica. Inclusão do prazo de validade e composição qualitativa do produto, atendendo assim o Código de Defesa do Consumidor, CDC, Lei 8078. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 52 Outra importante inovação diz respeito ao aumento do teor de adição de filer calcário nos vários tipos de cimento. Essa modernização visa a um alinhamento com padrões normativos internacionais e atende aos direcionamentos da Agência Internacional de Energia (IEA) e da Iniciativa pela Sustentabilidade do Cimento (CSI), que incentivam a adoção de alternativas ou tecnologias mais avançadas para diminuir emissões específicas de CO2 por tonelada de cimento. Atende assim às premissas recomendadas pelo Cement Technology Roadmap Brazil 2050, a ser lançado em setembro próximo. O que não mudou na nova norma foram os requisitos físicos, reológicos e mecânicos, representados pelos valores de resistência à compressão nas diferentes idades de controle, tempos de pega, finura e expansibilidade. As tabelas a seguir sintetizam os requisitos para os diversos tipos de cimento tratados na ABNT NBR 16697: https://www.abcp.org.br/cms/wp-content/uploads/2018/08/tab1-16697.jpg UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 53 UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 54 https://www.abcp.org.br/cms/wp-content/uploads/2018/08/tab3-16697.jpg https://www.abcp.org.br/cms/wp-content/uploads/2018/08/tab4-16697.jpg UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 55 Na figura 2 são apresentadas fotos de sacos de cimento de diversos fabricantes de diferentes tipos e classes, com a finalidade única de ilustrar o produto comercializado em sacos de papel. Além dos cimentos acima normalizados no Brasil, temos o cimento aluminoso, cujas características gerais são resumidas a seguir. 6.1. CIMENTO ALUMINOSO Cimento obtido da moagem de um fundido solidificado constituído, predominantemente, de aluminato de cálcio. Tem como matérias primas o calcário e a bauxita. Na hidratação do cimento não é liberado o hidróxido de cálcio, conferindo caráter ácido ao cimento. Desprende grande quantidade de calor nas primeiras 24 horas, exigindo especial cuidado na fabricação de peças com dimensões maiores que 150mm, para dissipar o calor. O endurecimento é rápido, atingindo a máxima resistência com 24 horas (alta resistência). A resistência cai em idades posteriores, não sendo, por isso, recomendado o seu uso em estruturas, exceto se for considerada esta redução. Na França e na Inglaterra não é permitido o uso desse cimento em estruturas. - para fins retratários (grande aplicação deste produto); - em reparos em que é preciso alta resistência inicial; - componente expansivo de cimentos com retração compensada. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 56 FIGURA 2 - CIMENTOS EM SACOS – MODELOS COMERCIALIZADOS NO BRASIL INDICAÇÕES DOS DIFERENTES TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Argamassa de revestimento e assentamento de tijolos e blocos ) Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV Argamassa de assentamento de azulejos e ladrilhos Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z,CP II-F) e Pozolânico (CP IV) Argamassa de rejuntamento de azulejos e ladrilhos Branco (CPB) Concreto simples (sem armadura Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV) Concreto magro (para passeios e enchimentos) Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV) Concreto protendido com protensão das barras antes lançamento do concreto Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutura CPB Estrutural) Concreto protendido com protensão das barras após o endurecimento do concreto Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-Z, CP II-F), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural CPB Estrutural Concreto armado para desforma rápida, curado por aspersão de água ou produto químico Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural) Concreto armado para desforma rápida, curado a vapor ou com outro tipo de cura térmica e Alta Resistência Inicial (CP V-ARI), Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto- forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Branco Estrutural CPB Estrutural) Elementos pr»-moldados de concreto e artefatos de cimento curados por Aspersão de água Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural) Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados por aspersão de água Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e BrancoEstrutural CPB Estrutural) (VER NOTA) (*) Elementos pré-moldados de concreto e artefatos de cimento para desforma rápida, curados a vapor ou com outro tipo de cura térmica de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI), Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F) e Branco Estrutural (CPB Estrutural) Pavimento de concreto simples ou armado Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Branco Estrutural (CPB Estrutural) Pisos industriais de concreto Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) Concreto arquitetônico Branco Estrutural (CPB Estrutural) Argamassa armada - VER NOTA) (*) Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alta Resistência Inicial (CP V-ARI) e Branco Estrutural (CPB Estrutural) Solo-Cimento Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV) Argamassas e concretos para meios agressivos (água do mar e de Esgotos) Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e Resistente a Sulfatos Concreta-massa Alto-Forno (CP III), Pozolânico (CP IV) e de Baixo Calor de Hidratação Concreto com agregados reativos Comum (CP I, CP I-S), Composto (CP II-E, CP II-Z, CP II-F), de Alto-Forno (CP III) e Pozolânico (CP IV) NOTA: (*) Dada a pouca experiência que se tem no Brasil sobre uso do CP III e do CP IV na argamassa armada deve-se consultar um especialista antes de especificá-los para esse uso. FONTE: ABCP – BT 106/2003 UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 57 7. ESCOLHA DOS CIMENTOS EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE ALGUMAS OBRAS Algumas obras apresentam características peculiares que, se nos for permitida a escolha do cimento mais adequado, a vida útil dessas obras será certamente ampliada. Dentre essas obra podemos destacar três tipos, a saber: - Edifícios, pontes, viadutos, pavimentações de cimento Portland etc. - Obras expostas a sulfatos (e/ou cloretos) - obras marítimas, de esgoto etc. - Obras de grande volume (concreto massa) – barragens, blocos de grande espessura etc. As obras do primeiro grupo, desde que não estejam expostas a ambientes agressivos, por serem obras estruturais têm como requisito principal a resistência mecânica; quanto maior a resistência nas primeiras idades melhor, para permitir a liberação mais rápida das formas e utilização das obras. Assim, os cimentos mais adequados são os que apresentam resistências maiores, portanto, aqueles que têm maiores teores de C3S e C2S, sendo que, desses dois compostos, quanto mais C3S melhor, além de uma maior finura, para que as resistências iniciais sejam mais elevadas. Os cimentos CP-I e os CP-II são adequados a estes tipos de obras. Em se tratando de canteiros de fabricação de peças pré-moldadas, desde que não existam requisitos de durabilidade para as peças, do ponto de vista de aumento da capacidade de produção da fábrica, melhores são os cimentos de elevada resistência inicial, tal como o cimento CP V ARI. Obras expostas a sulfatos (dutos, canais e estações de tratamento de esgotos) e, também a cloretos (água do mar), a agressão do ambiente se faz através da ação danosa do sulfato sobre o C3A gerando o sulfo-aluminato de cálcio (sal de Candlot), com propriedades expansivas. Além disso, a redução da alcalinidade proporcionada pelos cloretos permite uma maior solubilização do hidróxido de cálcio, degradando o material, além de promover a corrosão das armaduras internas do concreto armado pela redução do pH em torno da barra de aço (corrosão eletroquímica). Pode-se entender que, para estas obras, são recomendáveis cimentos do tipo RS, ou seja, cimentos CP I ou CP II com baixo teor de C3A ( 8%) e reduzido teor de adição carbonática ( 5%), cimentos pozolânicos ou de escórias de alto forno com elevados teores de adições (ver item 6.6). Nas obras de concreto massa, assim consideradas aquelas que têm espessura maior que 50cm, o problema está relacionado com o calor desenvolvido durante o processo de hidratação dos compostos do cimento, fazendo com que ocorra um gradiente térmico entre o centro e a periferia da peça, resultando em deformações diferenciais e conseqüente fissuração. Para concreto simples, o risco de fissuração se verifica quando este gradiente atinge 15 o , enquanto que no concreto armado, a presença da armadura permite considerar valores maiores (cerca de 20 o ). Logo, mais adequados para este tipo de obra são os cimentos de Baixo Calor de Hidratação (BC), com menores teores de C3A e C3S, compostos que mais produzem calor (ver ítem 1.6.7). Desses cimentos, os que têm pozolanas principalmente, ou escórias, têm sido mais recomendados em razão das vantagens obtidas em relação à reação álcali-agregado. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 58 VII - CONCRETO Definição: 1. Aglomerado resultante da mistura de cimento, água, agregados miúdos e graúdos, e, eventualmente aditivos e/ou adições. 2. Material composto que consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante, dentro do qual estão mergulhados partículas ou fragmentos de agregados. No concreto de cimento hidráulico, o meio aglomerante é formado por uma mistura de cimento hidráulico e água. Evolução: 1817- Invenção do Cimento Portland por Luis Vicat. 1848- Invenção do Concreto Armado por Lambot. 1898-Intervenção do arq. Auguste Perret (o concreto armado na arquitetura moderna). Resumo histórico no Brasil: Fonte: Comunidade da Construção UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 59 Novo Rumo à Construção no Século XXI Material mais consumido pelo homem no mundo - só ultrapassado pela água. Consumo estimado total de 5,5 bilhões de toneladas/ano. (+2,3 bilhões de m3). Aplicação: Estruturas - edifícios, pontes, barragens Pavimentos - Estradas, aeroportos, passeios Peças pré-moldadas - tijolos, telhas, postes, tubos, etc. MATERIAL UNIVERSAL "Ninguém pensaria em usar madeira em uma barragem, aço em pavimentação ou asfalto em estruturas de edifícios, mas o concreto é usado para cada uma dessas e em muitas outras utilizações em lugar de outros materiais de construção. Ele é usado para suportar, para vedar, para revestir e para preencher. Mais pessoas precisam conhecer melhor o concreto que outros materiais especializados." (J. Kelly) Classificação: Em relação ao uso de armadura: Simples - sem barras de aço Armado - com barras de aço Protendido - com cabos de aço tracionados. Em relação à massa específica (): Leve - < 2000 Kg/m3 Normal – entre 2000 e 2800 Kg/m3 Pesado - > 2800 Kg/m 3 Em relação à resistência: Baixa resistência - < 20 MPa Moderada - 20 a 40 MPa Alta resistência - > 40 MPa. Classificação NBR 8953 (Grupo I - C10 a C50 e Grupo II - C55 a C100) UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 60 Classe de resistência Resistência característica à compressão (MPa) C10 10 C15 15 NÃO É PERMITIDA A ESPECIFICAÇÃO DE VALORES INTERMEDIÁRIOS – CLASSES DE RESISTÊNCIA : Tabela 1 – Classes de resistência de concretos estruturais do grupoI Classe de resistência Grupo I Resistência característica à compressão (MPa) C20 20 C25 25 C30 30 C35 35 C40 40 C45 45 C50 50 Tabela 2 – Classes de resistência de concretos estruturais do grupo II Classe de resistência Grupo II Resistência característica à compressão (MPa) C55 55 C60 60 C70 70 C80 80 C90 90 C100 100 Tabela 3 – Classes de resistência de concretos NÃO estruturais UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 61 – CLASSES DE CONSISTÊNCIA : Tabela 4 – Classes de consistência Classe Abatimento (mm) Aplicações típicas S10 10 ≤ A < 50 Concreto extrusado, vibro prensado ou centrifugado S50 50 ≤ A < 100 Alguns tipos de pavimentos, de elementos de fundações e de elementos pré-moldados ou pré-fabricados S100 100 ≤ A < 160 Elementos estruturais correntes como lajes, vigas, pilares, tirantes, pisos, com lançamento convencional do concreto S160 160 ≤ A < 220 Elementos estruturais correntes como lajes, vigas, pilares, tirantes, pisos, paredes diafragma, com concreto lançado por bombeamento, estacas escavadas lançadas por meio de caçambas S220 A ≥ 220 Estruturas e elementos estruturais esbeltos ou com alta densidade de armaduras com concreto lançado por bombeamento, lajes de grandes dimensões, elementos pré- moldados ou pré-fabricados de concreto, escavadas lançadas por meio de caçambas estacas EXEMPLO GERAL DE CLASSIFICAÇÃO DE CONCRETO: C30 S160 ou C30 S180 ± 30 Outros tipos: Concretos modificados com polímeros (látex-CML, impregnado-CIP) Reforçado com fibras - aço, vidro, polipropileno Retração compensada - com cimentos expansivos Com superplastificantes - auto-adensável. Etc. Vantagens: Facilidade de trabalho - Elementos de concreto podem ser facilmente executados, numa variedade de tamanhos, no próprio local da obra. Monolitismo - Apresenta continuidade, distribui bem as tensões e pode ser considerado isótropo. Forma - pode-se fabricar peças com formas as mais variadas, no próprio local. Resistência e Durabilidade - pode-se controlar suas propriedades. Possui boa resistência mecânica e também aos agentes agressores. Custo - Principais ingredientes relativamente baratos Energia e conservação de recursos naturais - Menor consumo de energia e possibilidade de reciclagem de grande quantidade de resíduos industriais. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 62 A ESTRUTURA DO CONCRETO CONCRETO = PASTA + AGREGADOS + (zona de transição) Fase agregado Predominantemente responsável pela massa específica, módulo de elasticidade, e estabilidade dimensional do concreto; Pode influir na resistência e durabilidade do concreto; O agregado também funciona como redutor de custos. Fase pasta No concreto fresco, envolve os agregados, enchendo os vazios, dando possibilidade de manuseio. No concreto endurecido, aglutina os agregados, dando ao conjunto: resistência, certa impermeabilidade, estabilidade dimensional e durabilidade. Estrutura da pasta endurecida: 1.Sólidos: C-S-H 50 a 60% Ca(OH)2 20 a 25% C6AS3H( * ) 15 a 20% Grãos de clínquer não hidratados ( * ) - 18 ou 32 2.Vazios: Interlamelar ou interpartícula - 1 μm Capilares: macroporos - >50 μm (prejudiciais à resistência e impermeabilidade) microporos - <50 μm (+ importantes na retração por secagem e fluência) Ar incorporado - 50 a 200 μm 3.Água: Capilar Adsorvida Interlamelar Quimicamente Combinada Importância na retração por secagem Zona de transição Zona entre as partículas de agregado e a pasta de cimento. Estrutura mais porosa, grande volume de vazios capilares e de cristais orientados de hidróxido de cálcio e presença de microfissuras. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 63 Elo mais fraco da corrente - Resistência Limite no Concreto; Influência sobre a permeabilidade e durabilidade do concreto; Influência sobre a rigidez ou o módulo de elasticidade do concreto. O Concreto deve atender a: 1. Condições Técnicas: TRABALHABILIDADE - Consistência RESISTÊNCIA - Compressão, tração, flexão, desgaste. DURABILIDADE - Impermeabilidade, constância de volume. 2. Condições econômicas: Menor consumo de cimento. Etapas de execução 1. Seleção dos materiais Tipo, Qualidade, Uniformidade 2. Proporcionamento (dosagem) Traço 3. Produção Mistura, Transporte, Lançamento, Adensamento, Acabamento. 4. Tratamento Cura Traço Expressão da composição do concreto. Em massa, referente à unidade de massa de cimento. 1 : a : p : x cimento:areia:pedra:água Relações importantes: 1. Relação água/cimento 2. Relação água/materiais secos Resistência e Durabilidade Trabalhabilidade/consistência 1. Relação água/cimento Define e controla a Resistência e Durabilidade dos concretos Para atender Resistência devemos construir curvas de referência para cada tipos de concreto = Curva da Abrams UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 64 As propriedades do concreto endurecido melhoram com a redução da relação água/cimento empregada na sua confecção, desde que a quantidade de água utilizada confira à massa plástica uma trabalhabilidade de acordo com o modo de produção do concreto. Em 1918, Duff A. Abrams , após realizar cerca de 50.000 ensaios de resistência à compressào determinou a Abrams Law, Lei de Abrams: “...dentro do campo dos concretos plásticos, a resistência aos esforços mecânicos, bem como as demais propriedades do concreto endurecido variam na relação inversa da relação água/cimento”. Para atender Durabilidade devemos utilizar com referência a Tabela do ACI – American Concrete Institute. fcj = k1 K2 a/c K1 e k2 = constantes que dependem da natureza dos materiais, da idade e das condições de cura. Relação água/cimento Resistência à compressão a j dias fcj = k1 K2 a/c K1 e k2 = constantes que dependem da natureza dos materiais, da idade e das condições de cura. Relação água/cimento Resistência à compressão a j dias CURVA DE ABRAMS 0 20 40 60 0,4 0,5 0,6 0,7 Relação a/c Re si st ên ci a à co m pr es sã o (M Pa ) 3 dias 7 dias 28 dias UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 65 Em função das peculiaridades da obra relativas à sua DURABILIDADE (tais como impermeabilidade e resistência ao desgaste, à ação dos líquidos e gases agressivos, a altas temperaturas e á variação da temperatura e umidade). Esta propriedade é inversamente proporcional à relação água/cimento, sendo tanto mais baixa quanto mais alto esta última. Emprega-se, quase universalmente, os dados obtidos pelo COMITÊ DE DURABILIDADE DO AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, que fixam os limites máximos da relação água/cimento a utilizar, tendo presente quer o tipo de estrutura a executar, quer as condições de exposição a que está sujeito o concreto. TABELA 4 - ACI RELAÇÕES ÁGUA/CIMENTO, MÁXIMAS PERMISSÍVEIS PARA DIFERENTES TIPOS DE ESTRUTURAS E GRAUS DE EXPOSIÇÃO (ACI Manual of Concrete Inspection) TIPOS Temperatura suaves, raramente abaixo dacongelação DE No ar Na linha d’água ou dentro da faixa de flutuação do nível d’água ESTRUTURA Em água doce Em água do mar ou em contato com sulfato Seções finas (parapeitos, dormentes, postes, estacas, tubos) a seções com menos de 2,5 cm de recobrimento. 0,53 0,49 0,40 (b) Seções moderadas (muros de arrimo, fundações, cais, vigas). (a) 0,53 0,44 (b) Parte exterior das seções de concreto- massa (a) 0,58 0,44 (b) Concreto lançado por tremonha sob água (submerso) - 0,44 0,44 Concreto protegido da intempérie, interior de edifícios; concreto enterrado (a) - - (a) - A relação água/cimento deve ser escolhida em função da resistência; (b) - Quando é usado cimento resistente aos sulfatos, a relação água/cimento pode ser aumentada de 2 litros por saco. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 66 A Norma brasileira NBR 6118 estabeleceu alguns parâmetros: Tabela 6.1– Classes de agressividade ambiental Classe de agressividade Ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura Rural I Fraca Submersa Insignificante II Moderada Urbana 1), 2) Pequeno Marinha 1) III Forte Industrial 1), 2) Grande Industrial 1), 3) Elevado IV Muito forte Respingos de maré 1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). 2) Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) em: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente. 3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, gavalnoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. Tabela 7.1 – Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto Classe de agressividade (tabela 6.1) Concreto Tipo I II III IV CA < 0,65 < 0,60 < 0,55 < 0,45Relação água/cimento em massa CP < 0,60 < 0,55 < 0,50 < 0,40 CA > C20 > C25 > C30 > C40Classe de concreto (NBR 8953) CP > C25 > C30 > C35 > C40 NOTAS 1 O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir com os requisitos estabelecidos na NBR 12655. 2 CA corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado. 3 CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 67 A durabilidade do concreto é função da relação água / cimento e do consumo de cimento. Deste modo, a NBR 12655 da ABNT apresenta tabelas que indicam a classe de agressividade e correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. Tabela 2, item 5.2.2.1 Concreto Tipo Classe de agressividade(Tabela 1) I II III IV Relação água/ cimento em massa CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45 Classe de concreto (ABNT NBR 8953) CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40 Consumo de cimento por m3 de concreto kg/m3 CA e CP ≥ 260 ≥ 280 ≥ 320 ≥ 380 NOTA CA = Componentes e elementos estruturais de concreto armado; CP = Componentes e elementos de concreto protendido. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 68 Resumindo: Relação água/cimento Para atender Resistência = utiliza-se as Curvas da Abrams Para atender Durabilidade = consulta-se as Tabelas da NBR 6118 e NBR 12655 e, também, a Tabela do ACI. A relação água/cimento a ser adotada na dosagem deverá ser, evidentemente, a MENOR das duas obtidas de acordo com os critérios anteriores, estabelecidos - RESISTÊNICA E DURABILIDADE. 2. Relação água/materiais secos Trabalhabilidade / consistência • 1931: Inge Lyse descreve a Lei de Lyse: “A percentagem de água/materiais secos é praticamente independente do traço para uma dada trabalhabilidade, considerando o emprego dos mesmos materiais e a mesma distribuição granulométrica.” Para materiais de mesma natureza, formato, textura e dimensão máxima característica, a massa de água por unidade de volume de concreto é o principal determinante da consistência do concreto fresco. A% = [ X ] * 100 (1 + m) Rel ç ão A/C Rel ç ão Á gua Materiais Secos m = a +b CIMENTO A% = [ X ] x 100 (1 + m) Rela ç ão A/C Agregados Rela ç ão Á gua Materiais Secos Areia Brita CIMENTO UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 69 PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO 1. INTRODUÇÃO O concreto é um material que apresenta duas fases distintas no processo de aplicação: a primeira, caracterizada pela sua capacidade de moldagem, é denominada de ―estado fresco‖, e a segunda, quando o material alcança o estado sólido, é denominada de ―estado endurecido‖. O conhecimento das propriedades do concreto fresco é fundamental para a dosagem das misturas do material e a produção de estruturas de concreto de boa qualidade, visto que é nesta fase que podemos alterar a composição da mistura para atender determinados requisitos, manipulá-lo adequadamente durante as operações de mistura, transporte e adensamento para a obtenção de um material compacto. Após a aplicação do concreto, a obtenção das propriedades no estado endurecido dependerá, quase que exclusivamente, do próprio concreto, cabendo ao homem proporcionar condições externas que não prejudiquem o desenvolvimento das potencialidades dos componentes da mistura, especialmente do aglomerante. Dentre estas condições está a cura adequada do concreto. 2. TRABALHABILIDADE A trabalhabilidade é uma propriedade que pode ser definida como a aptidão que o concreto tem de ser colocado nas formas sem perder a sua homogeneidade. A trabalhabilidade é uma propriedade abrangente, não se restringindo, apenas, às características de mobilidade maior ou menor do material, o que facilita ou dificulta a aplicação do produto na grande maioria dos casos de sua utilização. Ela envolve, também, aspectos relacionados com a composição da mistura, dimensão e distribuição dos agregados, relação agregados miúdo / graúdo, teor de pasta de cimento, dentre outras, como será visto adiante. Nem sempre a trabalhabilidade do concreto depende, exclusivamente, das características da peça a ser confeccionada; pode ser necessário atender a condições impostas pelo processo de manipulação do material, que envolve, as operações de mistura, transporte, lançamento e adensamento. Como exemplo, podemos citar o concreto bombeável, para o qual as exigências relativas a consistência mais fluida, elevado teor de finos e adequada relação agregado graúdo / miúdo são indispensáveis para conferir capacidade de bombeabilidade, independentemente do tipo de estrutura a ser executada. 2.1. FATORES QUE AFETAM A TRABALHABILIDADE 2.1.1 FATORES EXTERNOS Os fatores externos são aqueles que estabelecem condições de trabalhabilidade para o concreto, pois dependem das características das peças a concretar e dos processos de manipulação a serem empregados na produção do concreto. São eles: UFBA –Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 70 a) MISTURA A mistura do concreto é tanto mais eficiente quanto maior é a energia de movimento imposta às partículas. Assim sendo, o emprego de misturas mais secas exige maior quantidade de energia que as misturas mais fluidas, ou seja, ao se adotar a mistura manual, obrigatoriamente, o concreto deve ter menor consistência, independentemente do tipo de peça a concretar. b) TRANSPORTE O concreto deve satisfazer as condições de transporte para evitar a segregação das partículas. Exemplo disso é o transporte por calhas inclinadas onde, a depender da inclinação, o concreto muito fluido pode segregar as pedras mais pesadas da argamassa, que se arrasta aderente à calha, ou, muito seco, que não é capaz de escorregar sozinho, exigindo o auxílio de uma pá. Outro caso clássico é o transporte do concreto com utilização de bomba (concreto bombeado), atualmente bastante difundido nos grandes centros ou em obras de vulto, cuja característica já foi comentada acima. c) LANÇAMENTO Do mesmo modo que o transporte, as características de trabalhabilidade do concreto devem satisfazer as condições de lançamento de modo a evitar a segregação da mistura. d) ADENSAMENTO O adensamento do concreto visa promover a expulsão do ar e obter a máxima compacidade da mistura através da acomodação das partículas proporcionada pela sua vibração. Quanto mais fluida for a mistura, menor será a energia de adensamento necessária para acomodar as partículas, aplicação recomendada quanto se utiliza o do adensamento manual. e) DIMENSÕES DAS PEÇAS E DENSIDADE DE ARMADURAS Recomenda-se em geral adotar medidas que permitam a escolha da dimensão máxima característica do maior agregado a ser empregado na mistura do concreto. Assim sendo, se chamarmos de l a largura de vigas ou de pilares, de e a espessura das lajes e de a o afastamento entre as armaduras no interior dos elementos estruturais, a dimensão máxima característica do maior agregado não deve ser maior que: a) Quanto à forma A dimensão máxima característica do agregado deverá ser igual ou inferior a 1/4 da menor distância entre as faces das formas e a 1/3 da espessura das lajes. b) Quanto à armadura A Figura a seguir apresenta os requisitos da NBR 6118:2007 quanto ao espaçamento das armaduras longitudinais, que é influenciado pela dimensão máxima do agregado. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 71 Onde: • aV = distância vertical entre as barras longitudinais; • aH = distância horizontal entre as barras longitudinais; • Φ = diâmetro da barra longitudinal; • Φag = diâmetro máximo do agregado. 2.1.2 FATORES INTERNOS - características do concreto no estado fresco Os fatores internos são aqueles que podem ser manipulados durante a elaboração de um traço de concreto para atender a uma exigência determinada pelos fatores externos. Destacam-se os seguintes: a) CONSISTÊNCIA A consistência do concreto está diretamente relacionada com a quantidade de água empregada ou o uso de aditivos que têm efeito plastificante. Para obras correntes, uma consistência mais fluida pode facilitar a trabalhabilidade do concreto, entretanto, a adição maior de água além do necessário significa custos mais elevados, maiores exsudação e retração por secagem, o que pode ser inconveniente. b) PROPORÇÃO CIMENTO / AGREGADO (TRAÇO) Os concretos necessitam de teores compatíveis de pasta de cimento para evitar a segregação da mistura, devendo ser estudada a proporção mais adequada entre o cimento e os agregados para obter o resultado mais econômico e tecnicamente aceitável. H a a V H a H a a V ag v 5,0 mm20 a ag H 2,1 mm20 a Espaçamento mínimo entre as barras longitudinais nas peças de concreto armado (NBR 6118:2007) (Dumêt, Saraiva e Silva, 2008) UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 72 c) PROPORÇÃO AGREGADOS MIÚDO / GRAÚDO Esta proporção determina, juntamente com o cimento, o teor de argamassa da mistura, o qual deve ser definido em função dos fatores externos que impõem características de trabalhabilidade relacionada com este teor. Como exemplo, podem ser citados os concretos aparentes, concretos bombeáveis. d) FORMA DO GRÃO A forma do grão interfere nas propriedades do concreto fresco pela maior ou menor facilidade de escorregamento proporcionado pelo formato esférico, lamelar ou acicular, já comentado em agregados. e) ADITIVOS (PLASTIFICANTES, SUPERPLASTIFICANTES, INCORPORADORES DE AR) Em aditivos já foram abordadas as características de cada tipo e as influências sobre a trabalhabilidade dos concretos. 2.4. MÉTODOS PARA A MEDIDA DA TRABALHABILIDADE 2.4.1 ENSAIOS DE ABATIMENTO (―SLUMP TEST‖) – NBR NM 67 – Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone 2.4.2 ENSAIOS DE PENETRAÇÃO - BOLA DE KELLY - IRRIBARREN (Normas espanholas) - GRAFF 2.4.3 ENSAIOS DE ESCORREGAMENTO SEM LIMITAÇÕES - MESA DE GRAFF - NBR NM 68 – Determinação da consistência pelo espalhamento na mesa de Graff. - MESA DE CONSISTÊNCIA (―FLOW TABLE‖) 2.4.4 ENSAIOS DE ESCORREGAMENTO COM LIMITAÇÕES - POWERS - VEBÊ 2.4.5 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO - GRANVILLE 3. EXSUDAÇÃO 3.1 CONCEITUAÇÃO A exsudação é caracterizada pela segregação da água de amassamento após o adensamento proveniente da sedimentação das partículas sólidas da mistura de concreto e da capilaridade da água. 3.2 CONSEQUÊNCIAS DA EXSUDAÇÃO - FORMAÇÃO DA ZONA DE MÁ ADERÊNCIA - POROSIDADE MAIOR E MENOR RESISTÊNCIA - ÁGUA RETIDA SOB BARRAS DE AÇO SUPERIORES - JUNTAS FRIAS 3.3 MEIOS PARA MINIMIZAR A EXSUDAÇÃO - PROPORCIONAMENTO ADEQUADO DAS MISTURAS - MÍNIMO DE ÁGUA - ADIÇÃO DE FINOS - CIMENTO/ AREIAS FINAS UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 73 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO 1. INTRODUÇÃO 2. PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO 2.1. MASSA ESPECÍFICA Massa do material compactado por unidade de volume, incluindo os vazios. É um parâmetro variável em função dos materiais constituintes e do grau de compactação. 2.1.1. Agregados normais: 2.300 a 2.500 kg/m3 2.1.2. Agregados leves: 1.800 kg/m3 (concretos estruturais) 500 / 600 kg/m3 (concretos de enchimento) 2.1.3. Agregados pesados: 3.500 kg/m3 2.2. RESISTÊNCIA MECÂNICA No estudo das propriedades do concreto, três tipos de resistência podem ser considerados em função das solicitações impostas na prática. São elas, compressão, tração e tração na flexão. O concreto é um material que suporta bem esforços de compressão e mal aos esforços de tração. Fatores que afetam a resistência mecânica: - Relação água/cimento; O aumento da relação água/cimento (relação entre a quantidade de água e de cimento numa mistura de argamassa ou concreto) é acompanhado de uma redução da resistência mecânica. - Idade; A resistência mecânica cresce com a idade do concreto em função do tipo de cimento. - Forma e graduação dos agregados: As formas mais lamelares ou aciculares dos agregados, principalmente os graúdos, conduzem a concretos menos resistentes se comparados com formas mais cúbicas ou esferoidal com boa rugosidade superficial dos grãos. - Tipo de cimento: A resistência do concreto é um reflexo da resistência do cimento, influenciada pela presença dos agregados, mantendo as tendências de comportamento evidenciadas pelo aglomerante. UFBA – Escola politécnicaDCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 74 - Forma e dimensões dos corpos de prova; A medida da resistência de um mesmo concreto pode apresentar variação em função da forma e das dimensões dos corpos de prova. No Brasil, os corpos de prova são de formato cilíndrico, com relação altura /diâmetro igual a 2. Um aumento desta relação significa uma redução da medida da resistência, enquanto que uma redução corresponde a um aumento da medida. - Cura. A cura do concreto é necessária para evitar a perda prematura da água de amassamento por evaporação. A falta de cura aumenta a porosidade do material, resultando numa diminuição da resistência, podendo haver insuficiência de água para proporcionar uma completa hidratação do cimento. 2.2.1. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL - SIMPLES Método Brasileiro MB-2 (NBR 5732) – Moldagem de corpos de prova cilíndricos de relação altura / diâmetro igual a 2 (10x20, 15x30, ..) Método Brasileiro MB-3 (NBR 5739) - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto. fc = Q / So Q = carga de ruptura do corpo de prova (kN) So = área transversal do corpo de prova (mm2) 2.2.2. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL Para a resistência à tração, face às interferências observadas na aplicação do esforço de tração pura em corpos de prova cilíndricos ou em forma de oito (neste último caso aliado à dificuldade de confecção do corpo de prova), atualmente utiliza-se o ensaio sugerido pelo Prof. Lobo Carneiro do INT (Rio de Janeiro) intitulado ―Ensaio de tração por compressão diametral‖. O ensaio consiste em comprimir diametralmente um corpo de prova cilíndrico 15x30, obtendo-se uma tensão de tração ortogonal que solicita, praticamente, toda a seção transversal à tração, cujo valor é dado por: ftd = 2P / DL P = carga de ruptura do corpo de prova (kN). D = diâmetro do cilindro (mm). L = comprimento do cilindro (mm). UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 75 2.2.3. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO A tração na flexão corresponde às solicitações impostas aos pavimentos de concreto simples em pistas de rolamento de veículos. Nestes casos, o dimensionamento da espessura da placa de pavimentação é definido a partir, dentre outros parâmetros, da resistência à tração na flexão do concreto. Trata-se de um parâmetro em que se mede um módulo de resistência que envolve a resistência à compressão na zona comprimida da peça e a resistência à tração na área tracionada. Os ensaios são feitos em corpos de prova prismáticos de base quadrada de 15cm de lado e 70 cm de comprimento, submetidos a carregamentos pontuais no sentido transversal, como se fossem vigas. São dois tipos de ensaio utilizados: carga isolada aplicada no centro do vão e duas cargas aplicadas nos extremos do terço médio do vão entre apoios. O mais empregado é o de duas cargas. A resistência à tração na flexão, nesse caso, é dada por: ftf = PL / a 3 . P = Carga total de ruptura do corpo de prova (kN). L = Distância entre os apoios do corpo de prova ( ~ 600mm). a = aresta da base do corpo de prova (150mm). 2.3. DEFORMAÇÕES O concreto pode deformar-se quando submetido a determinadas condições ambientais ou quando sujeito a ação de esforços externos, as quais podem ser assim resumidas: - Variação do volume absoluto dos constituintes ativos que se hidratam. - Variação do volume dos poros internos, com ar ou com água. - Variação do volume do material sólido inerte, incluindo o cimento hidratado. O primeiro caso diz respeito às deformações inerentes ao processo de hidratação dos constituintes anidros do cimento, onde se verifica, inicialmente, uma ligeira expansão e, posteriormente, uma retração maior do volume. Estes efeitos são de pequena importância do ponto de vista prático quando comparados com as demais deformações. Os dois casos seguintes referem-se às variações de condições físicas do ambiente (variações termo-higrométricas), no primeiro caso, e das solicitações mecânicas aplicadas ao material no estado endurecido, no segundo. As deformações que provocam as mudanças de volume podem ser agrupadas em: a) Causadas pelas variações das condições ambientais: – Retração por secagem; – Variações de umidade; – Variações de temperatura. b) Causadas pela ação de cargas externas, dando origem à: – Deformação imediata; – Deformação lenta. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 76 A importância do conhecimento das deformações é salientada pela possibilidade de fissuração das peças feitas com concreto, a qual se constitui num meio através do qual a agressão dos agentes externos pode conduzir a uma redução da vida útil do material, ou pelo surgimento de esforços adicionais nas peças com variação dimensional em estruturas hiperestáticas. A retração por secagem ocorre desde o estado fresco do concreto, onde se verificam as mais acentuadas contrações em razão da disponibilidade maior de água. Se esta contração é impedida, seja pelo atrito da massa com as formas ou das armaduras internas, surgem fissuras com distribuição aleatória, cujas espessuras e profundidades são tanto maiores quanto maior é a exposição ao sol e ao vento. A aplicação de qualquer sistema de cura ao concreto visa minimizar a retração hidráulica. Após o endurecimento, a retração continua, embora em menor intensidade. Este fenômeno é bastante influenciado pelo teor e finura do cimento, granulometria do agregado, teor de água, dentre outros. O valor da retração para um concreto convencional é da ordem de 4 x 10-4, para consumos de cimento próximos de 300 kg/m3 e fator água cimento de 0,50. As variações de umidade do ambiente determinam variações de volume do concreto, ou seja, maior umidade resulta em expansões do material, com conseqüente redução de volume quando a umidade diminui. Os aumentos de temperatura do ambiente conduzem a dilatações do material. O coeficiente de dilatação térmica do concreto é considerado como médio, em torno de 10 x 10-6 / oC. O conhecimento do comportamento do concreto frente às variações térmicas ambientais é de grande importância uma vez que podem introduzir esforços adicionais nas estruturas quando das dilatações ou fissuração quando das retrações, sempre que estas deformações forem impedidas. A Norma Brasileira recomenda que a extensão máxima das estruturas para que sejam dispensados os efeitos da variação térmica seja de 30 metros, porém, mesmo abaixo deste valor tem-se observado a ocorrência de fissuração do concreto. As deformações imediatas do concreto no estado endurecido são as que aparecem logo após a aplicação de cargas. Se o material tivesse um comportamento perfeitamente elástico, atendendo a lei de Hooke, as deformações seriam proporcionais às deformações, porém, mesmo para reduzidas tensões, o concreto evidencia um comportamento plástico. Os concretos muito resistentes apresentam curva tensão deformação mais inclinada na origem. Por outro lado, os concretos menos resistentes rompem com deformações maiores, com maior capacidade de acomodação plástica. Assim sendo, os concretos de mais alta resistência apresentam comportamento mais frágil. O encurtamento máximo do concreto na compressão e da ordem de 0,2 %. Da curva tensão x deformação obtem-se a relação de Hooke, também denominada Módulo de Elasticidade ou Módulo de Deformação, expressa por: E = tg = / . Onde: = Tensão = Q / So; = L / L. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 77 O módulo de elasticidade pode ser tangente, que é o coeficiente angularda tangente geométrica no ponto considerado, particularmente o valor da tangente na origem. O módulo de elasticidade secante é dado pela inclinação da reta que une a origem à tensão dada. Este módulo é o considerado no estudo do comportamento das estruturas de concreto e deve ser o indicado nas plantas de projeto estrutural. O ensaio para determinação da curva tensão x deformação utiliza o corpo de prova padrão cilíndrico de 15cm de diâmetro e 30cm de altura, medindo-se as deformações alcançadas em diversos estágios de carregamento à compressão. O módulo secante é obtido para uma tensão correspondente a 30% da carga de ruptura do corpo de prova. Na falta de dados experimentais, a NBR 6118 recomenda que o módulo de elasticidade seja adotado como igual a: Eci = 5600 . fck ½ (módulo de elasticidade tangente). (MPa) Para o valor do módulo secante a ser utilizado nas análises elásticas das estruturas, especialmente na estimativa de flechas, pode-se adotar: Ecs = 0,85 Eci. A deformação lenta é a aquela que se manifesta nas peças de concreto com o passar do tempo, mantendo-se o carregamento. Esta deformação pode ser decomposta em duas parcelas: deformação anelástica ou elástica retardada e fluência. A deformação anelástica é aquela que desaparece com a retirada do carregamento, porém não imediatamente, depois de algum tempo após o descarregamento. A fluência é a deformação que não desaparece após o descarregamento, nem mesmo com o passar do tempo. Trata-se de uma propriedade importante para a análise do comportamento das estruturas, especialmente quando se utiliza a protensão. 2.4. PERMEABILIDADE A permeabilidade é a propriedade que o corpo tem de se deixar atravessar por um fluido. O concreto é um material naturalmente poroso em decorrência da sua constituição e forma de moldagem. Na prática, a permeabilidade à passagem da água e de óleos é a que mais interessa. Se conseguirmos fabricar um concreto compacto, sem vazios devidos a má aplicação ou deficiente adensamento e cura, a permeabilidade maior ou menor depende do teor de água presente na massa, cujo excesso tende a evaporar com o tempo, elevando a sua porosidade e, conseqüentemente, a sua permeabilidade. Vale destacar que a permeabilidade depende da intercomunicação entre os poros do material, portanto, nem sempre um material mais poroso necessariamente torna-se mais permeável, como acontece com a incorporação de ar induzida pelos aditivos incorporadores. A experiência tem mostrado que os concretos com relação água/cimento acima de 0,60, a permeabilidade cresce consideravelmente, enquanto que, para valores abaixo deste fator, ocorre uma baixa permeabilidade. A Norma Brasileira recomenda que, para concretos denominados impermeáveis à água, o máximo relação água/cimento a ser adotado é 0,55, enquanto que o ACI recomenda 0,53. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 78 2.5. DURABILIDADE 2.5.1. DEFINIÇÃO Capacidade de resistir à ação das intempéries, ataques químicos, abrasão ou qualquer outro processo de deterioração, conservando a sua forma original, qualidade e capacidade de utilização (ACI 201). 2.5.2. IMPORTÂNCIA Segundo Prof. Kumar Mehta, em países industrialmente desenvolvidos, estima-se que 40% do total dos recursos da construção civil sejam aplicados no reparo e conservação de estruturas existentes. Em muitos casos, o custo dos reparos é muito elevado e de difícil execução, face as características e localização da obra 2.5.3. PROCESSOS DE DETERIORAÇÃO DO CONCRETO PROCESSOS FÍSICOS a) desgaste superficial (abrasão, erosão, cavitação) b) cristalização de sais nos poros c) ação de congelamento d) ação de fogo e) fissuração por deformação PROCESSOS QUÍMICOS OU FÍSICO-QUÍMICOS a) lixiviação b) expansão (ação de sulfatos, reação álcali-agregado, corrosão de armaduras) 2.5.4. CARACTERÍSTICAS DOS PROCESSOS DE DETERIORAÇÃO a) DESGASTE SUPERFICIAL - abrasão - atrito seco (desgaste de pavimentos e pisos) - erosão - ação abrasiva de fluidos com partículas sólidas em suspensão - cavitação - tensões de tração devidas a mudanças bruscas de direção do fluxo d’água MEDIDAS PREVENTIVAS: - Utilizar adições minerais (sílica-ativa, metacaulim, etc); - Aditivos superplastificantes; - Elevar a resistência superficial do concreto, superior a fck=40 MPa); - Cura rigorosa durante 7 dias, pelo menos; - Aplicação de revestimentos protetores; - Aplicação de soluções endurecedoras de superfície; - Para cavitação, eliminar as causas do processo. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 79 b) CRISTALIZAÇÃO DE SAIS NOS POROS Pressões de expansão devidas a cristalização de sais de soluções supersaturadas (sulfatos) nos poros do concreto MEDIDAS PREVENTIVAS - Redução da porosidade do material (Baixa relação água/cimento, emprego de aditivos, sílica-ativa) - Cura do concreto c) AÇÃO DE CONGELAMENTO Efeitos expansivos decorrentes do congelamento da água que preenche a porosidade do concreto MEDIDAS PREVENTIVAS - Utilização de aditivos incorporadores de ar (4 a 6% de ar incorporado) - Baixa relação água-cimento - Cura do concreto d) AÇÃO DO FOGO O comportamento do concreto sob ação do fogo em altas temperaturas é bastante variável, resultando em diminuição da resistência quando submetido a temperaturas superiores a 300º C. Resumindo: Até 100 º C resiste bem; 100 a 300 º C perde resistência; 300 º C há desidratação com perda total da resistência a depender da duração do fogo. Para resistir temperaturas elevadas pode-se utilizar cimento aluminoso. e) FISSURAÇÃO POR DEFORMAÇÃO - DEFORMAÇÃO INTRÍNSECA DO MATERIAL (retração plástica por evaporação, assentamento) - CONTRAÇÃO HIDRÁULICA NO ESTADO ENDURECIDO - DEFORMAÇÃO PROVOCADA POR ESFORÇOS EXTERNOS (variação de temperatura, cargas excessivas atuantes, recalques diferenciais) f) LIXIVIAÇÃO Dissolução dos compostos da pasta de cimento endurecida (especialmente o Ca(OH)2 ) pela redução do pH do meio ao qual o concreto está exposto. Ação de águas agressivas com pH inferior a 6. Os principais efeitos são o aumento da porosidade e da permeabilidade e a redução da resistência. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 80 MEDIDAS PREVENTIVAS - redução da porosidade e permeabilidade - utilização de aditivos e adições (látex, sílica-ativa, metacaulim) - cimentos com escória e pozolanas g) EXPANSÃO - AÇÃO DE SULFATOS - reação do íon sulfato com o C3A do cimento endurecido para formar o sal de Candlot (sulfo-aluminato de cálcio). Na água do mar, além da ação do sulfato sobre o C3A, temos a presença do cloreto que favorece a dissolução do hidróxido de cálcio. - REAÇÃO ÁLCALI AGREGADO - reações entre os álcalis do cimento (K2O e Na2O) com sílica hidratada (Opala) ou amorfa (Vidro de Sílica) contida em alguns agregados, gerando pressões que levam a expansão e fissuração. - CORROSÃO DAS ARMADURAS DO CONCRETO ARMADO - Efeito expansivo da formação de compostos ferrosos decorrentes da despassivação do aço, provocada por excessiva porosidade do concreto, carbonatação, com conseqüente redução do pH da massa, e difusão de cloretos. MEDIDAS PARA PREVENIR O ATAQUE DOS SULFATOS E CLORETOS ÀS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO - Reduzir a permeabilidade do concreto para dificultar a penetração de íons sulfatos e cloretos, com redução do relação água/cimento (a/c≤0,45). - Adequada compacidade do concreto favorecida pela trabalhabilidade. - Cura intensa do concreto. - Emprego de cimentos RS, preferencialmentepozolânicos ou de alto forno. - Controle da fissuração em serviço. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 81 DOSAGEM DOS CONCRETOS Definição: Conjunto de procedimentos adotados para a determinação da composição do concreto (traço), expressa pelas proporções relativas (massa ou volume) dos materiais constituintes. Objetivo: Encontrar a mistura mais econômica para a obtenção de um concreto com características adequadas às condições de serviço, empregando os materiais disponíveis. A dosagem experimental poderá ser feita por qualquer método baseado na correlação entre os característicos da RESISTÊNCIA e DURABILIDADE do concreto e a RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO. Deve-se levar em conta a trabalhabilidade desejada e atendendo às seguintes condições: a) Fixação da relação água/cimento; Responsável pela Resistência e Durabilidade do concreto Definição da relação água/cimento(x) para atender a RESISTÊNCIA, temos: fcj = fck + 1,65 sd Onde: fcj - é a resistência média do concreto à compressão, em MPa. fck - resistência característica do concreto à compressão ( definida quando da elaboração do projeto estrutural, em MPa, cujo valor tem a probabilidade de ser atendido com 95% de probabilidade/dos casos); sd - desvio padrão de dosagem, em MPa UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 82 Definindo o Sd. Desvio Desconhecido - ver NBR 12655 Padrão Conhecido - fixado com no mínimo 20 resultados, no prazo de um mês. So considerar Sd > 2 MPa Conforme a NBR 12655, o desvio padrão de dosagem poderá ser conhecido se a obra possuir no mínimo 20 (vinte) resultados consecutivos dentro de um mês, em período anterior ao que se deseja fazer novo traço. Neste caso não considerar Sd inferior a 2 MPa. Se o desvio padrão for desconhecido, considerar as condições da NBR 12655, a seguir: Condição A – TODAS AS CLASSES DE CONCRETO - Sd = 4,0 MPa A aplicável TODAS as classes de concreto - o cimento e os agregados são medidos em massa, a água de amassamento é medida em massa ou volume com dispositivo dosador e corrigida em função da umidade dos agregados. Considerar Sd = 4,0 MPa. Condição B - Concreto C10 a C20 - Sd = 5,5 MPa Aplicável apenas aos concretos de classe C10 a C20 – O cimento medido em massa, a água de amassamento é medida em volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em massa combinada com volume. Condição C - Concreto C10 a C15 - Sd = 7,0 MPa Aplicável apenas aos concretos de classe C10 e C15 - o cimento é medido em massa, os agregados são medidos em volume, a água de amassamento é medida em volume e a sua quantidade é corrigida em função da estimativa da umidade dos agregados e da determinação da consistência do concreto, conforme disposto na NBR NM 67 ou outro método normalizado. Nesta condição, exige-se, para os concretos de classe até C15, consumo mínimo de 300 kg de cimento por metro cúbico. Para atender a DURABILIDADE utilizar as tabelas de referência da NBR 6118, NBR 12655 e Tabela do ACI (Ver páginas 68, 69 e 70). UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 83 b) Trabalhabilidade Relação Água/Materias Secos (A%) Responsável pela trabalhabilidade Lei de Lyse A percentagem de água/materiais secos é praticamente independente do traço para uma dada trabalhabilidade, considerando o emprego dos mesmos materiais e a mesma distribuição granulométrica. CONSISTÊNCIAS SUGERIDAS PARA DIVERSOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS ELEMENTOS ESTRUTURAIS ABATIMENTO (mm) Artefatos de concreto, blocos, tubos, lajotas, postes, etc 0 a 10 Peças pré-moldadas, vigas, laje, meio-fio, etc 10 a 20 Forma deslizante (lançamento contínuo) 20 a 50 Fundações armadas, Paredes e pisos 50 a 120 Fundações maciças e infra-estrutura de muros 30 a 100 Lajes, vigas e muros, pilares 50 a 150 Concreto massa Inferior a 50 Concreto tipo convencional 50 a 80 Concreto tipo bombeável 80 a 120 Concreto tipo submerso Superior a 200 Métodos de Dosagem 1. Critério das Granulometrias Contínuas 2. Critério das Granulometrias Descontínuas 3. Critério dos Módulos de Finura 4. Critério das Misturas Experimentais FINALIDADE: obter o TRAÇO do concreto, para que este tenha a resistência e durabilidade previstas, a um custo mínimo, com a trabalhabilidade necessária. CONSIDERAR: Técnica, Economia e Estética UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 84 Expressão da Composição do Traço 1: a: p : x água pedra areia cimento ETAPAS DE EXECUÇÃO Elementos a considerar: A% Relação água/materiais secos Percentuais de areia de pedra ELABORAÇÃO DO TRAÇO Parâmetros a determinar Relação água/cimento x Teor de água/ materiais secos A% Granulometria da mistura a/m e p/m Instrumentos necessários Curva de Abrams,Tabela do ACI e Critério de Dosagem método MÉTODO RELAÇÀO AGREGADO GRAÚDO/MIÚDO CONSUMO DE CIMENTO INT Em função de uma composição granulométrica que se adapte a curvas-padrão Em função da relação água/cimento e da porcentagem água/mistura seca, que por sua vez, depende de Dmáx e do processo de adensamento IPT Em função dos módulos de finura dos agregados Tentativas experimentais em função da trabalhabilidade desejada ABCP Em função das massas específicas aparentes secas dos agregados, determinadas em ensaio padronizado Com auxilio da rota de igual trabalhabilidade, relacionando o traço a relação água/cimento ITERS Experimentalmente em ensaios realizados com aparelho Powers ou VEBE Tentativas, tendo em vista a trabalhabilidade desejada ACI Em função das características dos materiais e fixação do abatimento, calcula-se o traço numa seqüência de passo diretos. Calculado de forma direta em função de passos lógicos e diretos UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 85 ELABORAÇÃO DO TRAÇO Elementos a considerar Resistência característica - fck fornecida pelo estruturalista Grau de controle do concreto Sd desvio padrão de dosagem Tipo e dimensões das peças da estrutura e densidade da armadura Condições de exposição da estrutura Sistema de manipulação e tipos dos equipamentos de canteiro da obra Características dos materiais amostras O traço só pode ser estabelecido empiricamente se o concreto for da classe C10, com consumo de cimento de 300 kg/m3. PRODUÇÃO DE CONCRETO MISTURA Para obter-se um concreto de boa qualidade deve-se fazer uma mistura adequada. Considerar: Eficiência do Equipamento Estado de Conservação Tempo da Mistura Velocidade da Betoneira Ordem de Colocação dos Materiais na Betoneira Tempo da Mistura __ t = k √ D sendo t em segundos e D em metros k = 120 (betoneira de eixo inclinado) k = 90 (eixo horizontal) k = 30 (eixo vertical) Ordem de colocação dos materiais em betoneiras a) Betoneira de Eixo Inclinado sem Carregador Água quase toda ( menos + 3 litros) Brita Cimento Areia Restante da Água UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 86 b) Betoneira com Carregador Água quase toda na betoneira No carregador: 50% dabrita areia total cimento 50% da brita Restante da Água LANÇAMENTO É importante elaborar um plano de concretagem, mesmo em concretagens pequenas, precedendo o lançamento do concreto. PRELIMINARMENTE Antes de iniciar o lançamento do concreto deve-se fazer inspeções nas formas e nas ferragens. Garantir que as formas: Estejam isentas de detritos e substâncias estranhas As faces internas não absorvam a água do concreto ou as superfícies que com ele ficarão em contato, não absorvam água da mistura. Não haja água empossada no fundo Estejam escoradas adequadamente Garantir que as ferragens estejam: todas colocadas nas posições corretas isentas de ferrugem, lama, argamassa, etc protegidas as que não forem ser incorporadas ao concreto nesta etapa Outras recomendações: O concreto deverá ser lançado logo após o amassamento, não sendo permitido entre o fim deste e o do lançamento, intervalo superior a uma hora. Se for utilizada agitação mecânica, esse prazo será contado a partir do fim da agitação. Com o uso de aditivos o prazo poderá ser aumentado. Em nenhum caso se fará lançamento após o início de pega. O concreto deverá ser lançado o mais próximo possível de sua posição final. Evite incrustações de argamassa nas paredes das fôrmas e nas armaduras. Deverão ser tomadas precauções para manter a homogeneidade do concreto. A altura de queda livre do concreto não poderá ultrapassar 2 m. Para peças estreitas e altas, o concreto deverá ser lançado por janelas abertas na parte lateral, ou por meio de funis ou trombas ou tremonhas.‖ UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 87 LANÇAMENTO SUBMERSO Quando o lançamento for submerso, o concreto deverá ter no mínimo 350 kg de cimento por m3 . Ter recobrimento mínimo para a armadura de 50mm Ter consistência plástica. Ser levado para dentro da água por tubulação, mantendo-se a ponta do tubo imersa no concreto já lançado. O lançamento poderá também ser feito por processo especial, de eficiência devidamente comprovada. Após o lançamento o concreto não deverá ser manuseado para obter a forma definitiva. ADENSAMENTO Durante e imediatamente após o lançamento, o concreto deverá ser vibrado ou socado convenientemente. Deve-se tomar cuidado para não haver segregação dos materiais. Deve-se evitar a vibração da armadura para não comprometer a aderência. No adensamento manual as camadas de concreto não deverão exceder 20 cm. Quando o vibrador for de imersão a espessura da camada deverá ser + ¾ do comprimento da agulha do vibrador. O adensamento pode ser: Socamento Manual Apiloamento O adensamento manual só é permitido em concretos plásticos (Slump = + 100 mm), em concretos de pouca responsabilidade ou em situações emergencias. O teor de argamassa do concreto deve ser maior que o normal, devendo possuir cerca de 600 l de argamassa por m3. Vibração Mecânico Centrifugação VIBRAÇÃO Direta - vibradores superficiais SUPERFICIAL Indireta - vibradores externos Vibradores superficiais são os mais indicados para concretos de lajes e pisos. Os vibradores externos são mais úteis na confecção de peças pré- moldados. INTERNA Vibradores de imersão UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 88 Cuidados a serem tomados no adensamento com vibradores de imersão Introduzir o vibrador lentamente, na posição vertical, até alcançar a camada inferior, devendo nela penetrar um pouco para realizar uma ―costura‖ das duas camadas. Deixar o vibrador no mesmo local até que o ar e a água apareçam na superfície. Retirar o vibrador lentamente, para haver tempo de fechar o orifício feito quando da introdução no concreto. Introduzir o vibrador de modo sistemático, e não ao acaso, de forma que a zona de ação em cada posição cubra parcialmente a das posições anteriores. CURA Procedimento de saturar a superfície do concreto fresco depois de adensado deve permanecer no seu interior para possibilitar o desenvolvimento da hidratação do cimento. A intensidade da evaporação da água depende: do gradiente térmico entre a superfície do concreto e o ambiente. da umidade relativa do ar. da velocidade do vento da característica da peça Procedimentos de Cura Irrigação por aspersão Submersão em água Recobrimento com areia úmida ou sacos molhados ou geotexteis Conservação das formas molhadas Impermeabilização por pintura Recomenda-se um período de cura de 7 dias. JUNTA DE CONCRETAGEM Enquadramos nesta classificação apenas as juntas decorrentes da necessidade construtiva. Portanto, são juntas que separam concretos de idades diferentes e que não permitem a movimentação da estrutura. A profundidade do tratamento não precisa ultrapassar de 5 mm. O importante é que não tenha nata frágil não aderida na superfície e nem detritos que venham dificultar a aderência do novo concreto. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 89 Procedimento Antes do fim de pega - “Corte Verde” Após solidificação do concreto Item 9.7 da NBR 14931/2003 (Março/03) ―Quando o lançamento do concreto for interrompido e, assim, formar-se uma junta de concretagem, devem ser tomadas as precauções necessárias para garantir, ao ser reiniciado o lançamento, a suficiente ligação do concreto já endurecido com o do novo trecho. Antes de ser reiniciado o lançamento, deve ser removida a nata e feita a limpeza da superfície da junta. Devem ser tomadas precauções para garantir a resistência aos esforços que podem agir na superfície da junta. As juntas devem ser localizadas onde forem menores os esforços de cisalhamento, preferencialmente em posição normal aos de compressão, salvo se demonstrado que a junta não diminui a resistência do elemento estrutural. O concreto deve ser perfeitamente adensado até a superfície da junta, usando-se fôrma quando necessário para garantir o adensamento. No caso de vigas ou lajes apoiadas em pilares ou paredes, o lançamento do concreto deve ser interrompido no plano de ligação do pilar ou parede com a face da laje ou da viga, ou no plano que limita inferiormente as mísulas e os capitéis, (PLANO HORIZONTAL) durante o tempo necessário para evitar que o assentamento do concreto produza fissuras ou descontinuidades na vizinhança daquele plano.” JUNTAS DE CONCRETAGEM (Localização sugerida) • Pilares: Alguns centímetros abaixo do topo, antes da junção com a viga; • Vigas: No meio do vão ou no terço médio; • Lajes armadas em uma só direção e de pequeno vão: localizadas no meio e na direção normal ao vão. Se localizadas na direção do vão, devem posicionar-se no terço médio da laje; • Lajes armadas nas duas direções: dispor a junta no terço médio (para ambos os vãos); • Junta entre laje e a viga: é necessário garantir uma boa ligação e se necessário, utilizar armaduras adicionais para absorverem as tensões de corte. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 90 RETIRADA DAS FORMAS E ESCORAMENTO - Item 10.2 da NBR 14931-Mar/03. ―Formas e escoramentos devem ser removidos de acordo com o plano de desforma previamente estabelecido e de maneira não comprometer a segurança em serviço da estrutura.‖ Para efetuar sua remoção devem ser considerados os seguintes aspectos: • peso próprio da estrutura ou da parte a ser suportada por um determinadoelemento estrutural; • cargas devidas a fôrmas ainda não retiradas de outros elementos estruturais (pavimentos); • sobrecargas de execução, como movimentação de operários e material sobre o elemento estrutural; • seqüência de retirada de fôrmas e escoramentos e a possível permanência de escoramentos localizados; • operações particulares e localizadas de retirada de fôrmas (como locais de difícil acesso); • condições ambientais a que será submetido o concreto após a retirada das formas e as condições de cura; • possíveis exigências relativas a tratamentos superficiais posteriores. TEMPO DE PERMANÊNCIA DE ESCORAMENTO E FORMAS NBR 6118/78 recomendava ........ A retirada das fôrmas obedecerá ao disposto na norma, devendo-se atender para os prazos recomendados: Faces laterais: 3 dias Faces inferiores: 14 dias Faces inferiores sem pontaletes: 21 dias. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 91 Item 10.2.2 da NBR 14931-Mar/03: A retirada das formas e do escoramento, só poderá ser feita quando o concreto tiver suficientemente endurecido para resistir às ações que sobre ele atuarem e não conduzir a deformações inaceitáveis, tendo em vista o baixo valor do módulo de elasticidade do concreto (Eci) e a maior probabilidade de grande deformação diferida no tempo quando o concreto é solicitado com pouca idade. “Para o atendimento dessas condições, o responsável pelo projeto da estrutura deve informar ao responsável pela execução da obra os valores mínimos de resistência à compressão e módulo de elasticidade que devem ser obedecidos concomitantemente para a retirada das fôrmas e do escoramento, bem como a necessidade de um plano particular ( seqüência de operações) de retirada do escoramento”. PREPARO, CONTROLE E RECEBIMENTO DO CONCRETO I - Estudo de Dosagem do Concreto O proporcionamento dos materiais constituintes do concreto devem ser definidos com base em resultados experimentais de ensaios executados em laboratório. No laboratório deve-se levar em consideração a trabalhabilidade requerida, envolvendo o processo de mistura, transporte, lançamento e adensamento, bem como as condições estabelecidos pelos projetos, quanto a resistência á compressão e agentes externos agressivos. O traço do concreto só pode ser estabelecido empiricamente se for da Classe C10 e para tal se adotará como consumo mínimo de cimento 300 kg por cada m3 de concreto produzido. Para os concretos das classes superiores a C15, exige-se dosagem racional e experimental. DOSAGEM Para a dosagem deveremos considerar como fundamentais as seguintes condições de Resistência, Durabilidade e Trabalhabilidade 1. Resistência Para atender esta condição deve-se dispor da curva de Abrams construída com o mesmo cimento e mesmos agregados que serão utilizados na fabricação do concreto. 1.1 Relação água/cimento Para a definição da relação água/cimento(x), teremos: fcj = fck + 1,65 Sd fcj - é a resistência média do concreto à compressão, em MPa. fck - resistência característica do concreto à compressão ( definida quando da elaboração do projeto estrutural, em MPa) sd - desvio padrão de dosagem, em MPa. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 92 1.1.1 O desvio padrão de dosagem poderá ser conhecido se a obra possuir no mínimo 20 (vinte) resultados consecutivos dentro de um mês, em período anterior ao que se deseja fazer novo traço. Neste caso não considerar Sd inferior a 2 MPa. 1.1.2 Se o desvio padrão for desconhecido, considerar as condições da NBR 12655, que são: Condição A – TODAS AS CLASSES DE CONCRETO - Sd = 4,0 MPa A aplicável TODAS as classes de concreto - o cimento e os agregados são medidos em massa, a água de amassamento é medida em massa ou volume com dispositivo dosador e corrigida em função da umidade dos agregados. Considerar Sd = 4,0 MPa. Condição B - Concreto C10 a C20 - Sd = 5,5 MPa Aplicável apenas aos concretos de classe C10 a C20 – O cimento medido em massa, a água de amassamento é medida em volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em massa combinada com volume. Condição C - Concreto C10 a C15 - Sd = 7,0 MPa Aplicável apenas aos concretos de classe C10 e C15 - o cimento é medido em massa, os agregados são medidos em volume, a água de amassamento é medida em volume e a sua quantidade é corrigida em função da estimativa da umidade dos agregados e da determinação da consistência do concreto, conforme disposto na NBR NM 67 ou outro método normalizado. Nesta condição, exige-se, para os concretos de classe até C15, consumo mínimo de 300 kg de cimento por metro cúbico. Para atender a DURABILIDADE utilizar as tabelas de referência da NBR 6118, NBR 12655 e Tabela do ACI (Ver páginas 68, 69 e 70). 2. Durabilidade Para que esta condição seja atendida deve-se tomar conhecimento do projeto e das condições de exposição das peças de concreto. Utilizar a tabela do ACI distribuída em aula prática para a determinação da relação água/cimento requerida. Adotar a relação água/cimento menor das duas encontradas - da condição de resistência e da durabilidade. 3. Trabalhabilidade Em laboratório encontrar o proporcionamento dos agregados e a relação água / materiais secos (A%) que sejam compatíveis com a obra, conforme aula prática. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 93 TRAÇO O traço será determinado considerando: Relação água / cimento que atenda à resistência e à durabilidade (menor dos dois). Utilizar a curva de Abrams e a tabela do ACI. A% - encontrado na mistura experimental ou de um outro traço conhecido que possua os agregados que tenham mesma granulometria e o concreto a mesma trabalhabilidade. Percentagens de Areia, Brita e Aditivo, se necessário De posse desses dados considerar: A/C (A/C x 100) A% = --------- 100 ou m = ----------------- - 1 1 + m A% II - ENSAIO DE CONTROLE DURANTE A EXECUÇÃO DO CONCRETO 1. Verificação da Dosagem A verificação da dosagem deve ser feita constantemente para comprovar se os componentes estão sendo empregados de forma correta e nas proporções estabelecidas no traço do concreto. 1.2 Ensaio 1.2.1 O ensaio para aceitação do concreto fresco (provisória) é o do abatimento do tronco de cone (Slump), que deverá ser feito na seguinte freqüência: a) Betoneiras Estacionárias na primeira amassada do dia ao reiniciar a fabricação do concreto após uma interrupção da jornada de concretagem durante, pelo menos, 2 horas; na troca dos operadores da betoneira cada vez que forem moldados corpos-de-prova b) Betoneira Móveis a cada betonada ( no caso de caminhão-betoneira) 1.2.2 O ensaio para a aceitação do concreto endurecido - moldagem de corpos-de- prova - será feito com o concreto no estado fresco, com as seguintes considerações: a) Cada EXEMPLAR será constituído de dois corpos-de-prova da mesma amassada, para cada idade de rompimento, moldados no mesmo ato. Toma-se como resistência do EXEMPLAR o maior dos dois valores obtidos em cada ensaio. b) O LOTE será constituído de uma amostra formada por, no mínimo, seis exemplares, representativa de uma parte da obra, que será analisada estatisticamente. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciênciae Tecnologia dos Materiais 94 c) Freqüência de moldagem É função do Grupo do concreto e da formação dos Lotes – NBR 8953. Grupo I (C10 até C50) - mínimo de seis exemplares Grupo II (C55 até C80) - mínimo de doze exemplares d) Formação dos Lotes Tabela 1 Limites Solicitação principal dos elementos estruturais Superiores Compressão simples ou flexão e compressão Flexão simples Volume concreto 50 m3 100 m3 Número de andares 1 1 Tempo de concretagem 3 dias de concretagem (*) * Este período deve estar compreendido no prazo total máximo de sete dias, que inclui eventuais interrupções para tratamento de juntas. III - CONTROLE DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO Para o controle da resistência do concreto considera-se dois tipos de controle - o controle estatístico por amostragem parcial e o controle estatístico por amostragem total. 1. Controle Estatístico do Concreto por Amostragem Parcial 1.1 Quando o número de exemplares esta compreendido entre 6 e 20, 6 ≤ n < 20, o valor estimado da resistência característica à compressão (fck), na idade especificada, é dada por: Equação f1 + f2 +.... + fm-1 fck,est = 2x -------------------------- - fm Onde: (m – 1) m = metade no numero de "n" exemplares. Para determinação de "m", despreza-se o valor mais alto de "n" se este número for impar, e f1 < f2 < ....< fm ....< fn são as resistências dos exemplares. Portanto são consideradas em ordem crescente. Limitação: fck,est = 6 x f1 Não se deve tomar para fckest valor menor que 6 x f1. Veja na tabela 2 os valores de 6. Ou seja, deve-se adotar para f ck,est o maior valor encontrado. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 95 Tabela 2 Condições de Número de Exemplares Preparo 2 3 4 5 6 7 8 10 12 14 >16 A 0.82 0.86 0.89 0.91 0.92 0.94 0.95 0.97 0.99 1.00 1.02 B ou C 0.75 0.80 0.84 0.87 0.89 0.91 0.93 0.96 0.98 1.00 1.02 NOTA - Os valores de n entre 2 e 5 são empregados para os casos excepcionais 1.2 Quando o número de exemplares for superior ou igual a 20, n ≥ 20, o valor estimado da resistência característica à compressão (f ck,est ), na idade especificada, é dada por: Equação: fckest = fcm - 1,65 Sd Onde: fcm - é a resistência média do concreto à compressão para a idade do ensaio. Sd - desvio padrão dos resultados para n-1. 2. Controle do Concreto por Amostragem Total Neste caso todo o concreto (100%) foi amostrado. Por exemplo, no caso de concreto dosado em central em que se moldaram corpos-de-prova em todos os caminhões betoneiras chegados na obra. 3. Casos Excepcionais No caso de lotes com volumes de até 10 m3, com número de exemplares entre 2 e 5, não correspondendo ao controle total, é permitido adotar: fck,est = 6 x f1, onde 6 é dado pela tabela 2. IV - ACEITAÇÃO DA ESTRUTURA A estrutura será aceita automaticamente quando todos os lotes possuírem o fckest maior que o fckprojeto. f ck,est = f c, betonada fck est fck projeto UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 96 Caso algum lote não possuir o fck,est maior que o fck,PROJETO, deve-se: a) fazer uma revisão no projeto estrutural – PROVIDÊNCIA IMPRESCINDÍVEL b) realizar ensaios não destrutivos, tais como; • ESCLEROMETRIA Ensaio não destrutivo que mede a DUREZA superficial do concreto, fornecendo elementos para avaliação da qualidade do concreto endurecido. Aplicação: verificação da uniformidade, controle de peças pré-moldadas,estimativa da resistência à compressão. • ULTRA-SOM Ensaio não destrutivo que mede a velocidade de propagação de ondas sônicas, com aplicação no estudo da patologia do concreto e no controle de sua qualidade. Aplicação: investigação de falhas internas de concretagem - trincas – fissuras, correlações com a resistência à compressão. c) realizar ensaios especiais, tais como; • EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHO Ensaio destrutivo que retira testemunho de concreto da própria estrutura de concreto. Aplicação: avaliação da resistência à compressão. • PENETRAÇÃO DE PINOS Na década de 60, surgiu nos Estados Unidos um aparelho denominado Windsor probe, com o objetivo de estimar a qualidade e a resistência à compressão do concreto a partir da medição da profundidade de penetração de pinos ou de parafusos disparados por uma pistola contra uma superfície de concreto. d) prova de carga; Em caso de dúvida sobre parte(s) da estrutura a prova de carga no próprio elemento estrutural SUSPEITO poderá dirimi-la, baseada nos resultados das deformações/flechas obtidas a partir em ensaio na própria estrutura, realizado de acordo com método pré-estabelecido. Se em nenhum desses casos o lote for aceito a estrutura será rejeitada e poderão ser adotadas uma das seguintes providências: 1) Reforçar a estrutura; 2) Alterar o uso, destinação; 3) Demolir e fazer de novo!! UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 97 VIII - ARGAMASSA 1. INTRODUÇÃO Segundo pesquisas, o uso de argamassas nas suas diversas aplicações não é recente e durante muito tempo procurou-se encontrar um material que permitisse de forma eficiente e econômica unir rochas, pedras, areia e madeira para suas construções. Este material foi então batizado de argamassa. (Texto extraído da dissertação da Enga Fernanda Costa). 2. DEFINIÇÂO Mistura homogênea de agregado(s) miúdo(s), aglomerante(s) inorgânicos e água, contendo ou não aditivos ou adições, com propriedades de aderência e endurecimento podendo se dosada em obra ou em instalação própria (argamassa industrializada). 3. MATERIAIS COSTITUINTES - CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS CIMENTO CAL AREIA ARENOSO CAULIM ADITIVOS 4. CLASSIFICAÇÃO DAS ARGAMASSAS Quanto à natureza do aglomerante - Argamassa aérea : argamassa preparada com aglomerante aéreo, que endurece por reação com o ar atmosférico. - Argamassa hidráulica : argamassa preparada com aglomerante hidráulico, que endurece por reações que envolvem a água. Quanto ao tipo do aglomerante - Argamassa de cal : argamassa preparada com cal como único aglomerante. - Argamassa de cimento : argamassa preparada com cimento Portland como único aglomerante. - Argamassa de cimento e cal : argamassa preparada com cal e cimento Portland como aglomerantes. Quanto ao nº de aglomerantes empregados - Argamassa simples : argamassa constituída de um único aglomerante. - Argamassa mista : argamassa constituída de mais de um aglomerante. Quanto a consistência -Secas: argamassas cujo índice de consistência (flow table) é inferior a 200 mm (Ex. Argamassa para contra-piso). -Plásticas: argamassas cujo índice de consistência (flow table) está entre 260 e 300 mm (Ex. Argamassa de emboço). -Fluídas: argamassas cujo índice de consistência (flow table) é superior a 360 mm (Ex. Chapisco). UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 98 Quanto à utilização/função - Argamassa para contra-piso. - Argamassa de emboço. - Argamassa para chapisco. - Argamassa de reboco. - Argamassa de camada única ou massa única. - Argamassa de assentamento. - Argamassa de colante. - Argamassa de industrializada. - Argamassa dosada em central. 5. DOSAGEM PRÉ-FIXADA - TABELAS EMPÍRICA - PESSOAL X TÉCNICA 6. PROPORÇÕES COMUMENTE USADAS TRAÇOS DE ARGAMASSA DE REVESTIMENTO (VOLUME) CAL 1:1:5 1:1:6 1: 2: 9 ARENOSO 1: 3: 4 1: 4: 4 1: 5: 6 CAULIM1: 3: 4 1: 4: 4 1: 5: 6 CIMENTO : AREIA 1: 3 1: 4 1: 5 1: 6 1:8 6. PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS As propriedades das argamassas variam em função de seus componentes, do traço, da quantidade de água utilizada e uso de aditivos ou adições. Para cada tipo de revestimento deve-se estabelecer as qualidades exigidas e assim, escolher a mistura mais adequada à se aplicar. ESSENCIAIS - TRABALHABILIDADE (RETENÇÃO DE ÁGUA) - RESISTÊNCIA - ADERÊNCIA - DURABILIDADE - IMPERMEABILIDADE ESPECÍFICAS - RESISTÊNCIAS A AGENTES QUÍMICOS - ISOLAMENTO TERMO-ACÚSTICO - INVARIABILIDADE VOLUMÉTRICA Momentos de avaliação No estado fresco; No período após a aplicação sobre a base em que a argamassa se encontra em fase de endurecimento; No período de uso da edificação ação dos usuários e das condições de exposição. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 99 • NO ESTADO FRESCO: - Trabalhabilidade; - Consistência; - Plasticidade; - Retenção de Água; - Aderência inicial; - Coesão interna. ESTADO ENDURECIDO: Neste estado as argamassas irão estar sujeitas às ações ambientais e deverão atender as especificações às quais foram projetadas. Para um desempenho adequado é necessário que sejam observados as seguintes propriedades: resistência de aderência, resistência à compressão, retração por secagem, absorção, massa específica e permeabilidade, resistência de Aderência, durabilidade, isolamento Termo-acústico e invariabilidade Volumétrica; • NO PERÍODO DE USO: Durabilidade - capacidade de manter o desempenho ao longo do tempo, tal propriedade é dependente de inúmeros fatores desde a etapa do projeto até a etapa de uso, onde devem ser previstos serviços de manutenção periódicos. Eficiência : propriedade que é função do custo x benefício. Para maximilizá-la é necessário racionalizar o projeto, estudar adequadamente os materiais, a dosagem das argamassas, sua execução, a manutenção do revestimento. É preciso acompanhar todas as etapas do processo construtivo!!! ARGAMASSAS – Requisitos indicados na NBR 13281/2022 ARGAMASSA LIMITES Espessuras admissíveis (e) de revestimentos internos e externos, em mm Quanto ao número de camadas, podem ser executadas quantas camadas sucessivas forem necessárias, respeitando a espessura máxima de 25mm por camada. Revestimentos com espessuras superiores a 40mm deverão ser telados em função de avaliação técnica pertinente. Tabela – NBR 13749 Revestimento Espessura (mm) Parede Interna 5 e 20 Parede Externa 20 e 30 Teto Interno e Externo e 20 UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 100 Resistência de aderência Em caso de suspeita ou dúvida sobre a aderência dos revestimentos, solicitar a laboratório especializado a execução de pelo menos 6 ensaios de resistência de aderência à tração, conforme a norma, em pontos escolhidos aleatoriamente, a cada 100m2 ou menos de área suspeita. O revestimento desta área será aceito se dos 6 ensaios realizados ( com idade igual ou superior a 28 dias), pelo menos 4 valores forem iguais ou superiores aos indicados na tabela a seguir. Emboço e Camada Única NBR 13749 Local Acabamento Ra (MPa) Interna pintura ou base de reboco > 0,20 Parede cerâmica e laminado > 0,30 Externo pintura ou base de reboco > 0,30 cerâmica > 0,30 Teto > 0,20 Nota - Não são especificados critérios de avaliação de resistência à tração do reboco pois o seu desempenho pode não ser necessariamente associado a essa característica. 7. PRODUÇÃO A PRODUÇÃO EM OBRA (MEDIÇÃO EM VOLUME) ARGAMASSA PRONTA VARIAÇÃO DA COMPOSIÇÃO VARIAÇÃO. DAS PROPRIEDADES DA ARGAMASSA VARIAÇÃO DOS MATERIAIS 8. APLICAÇÃO PLANEJAMENTO SUBSTRATO ADERÊNCIA ESPESSURA SOBREPOSIÇÃO DAS CAMADAS ACABAMENTO REAPROVEITAENTO 9. COMPORTAMENTO MOVIMENTAÇÕES TÉRMICAS MOVIMENTAÇÕES HIGROSCÓPICAS RETRAÇÃO ALTERAÇÕES QUÍMICAS PERDA DA CAPACIDADE DE ADERÊNCIA DEFORMABILIDADE EXCESSIVA DA ESTRUTURA MANUTENÇÃO UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 101 DIMENSÕES MÍNIMAS DAS JUNTAS - Dimensões em mm Dimensões dos Juntas de assentamento mínimas Azulejos Interna Externa 110 x 110 110 x 220 150 x 150 150 x 200 200 x 200 200 x 250 1 2 1,5 2 2 2,5 2 3 3 3 4 4 JUNTAS DE MOVIMENTAÇÃO - Dimensões em mm Dimensões do painel limitado Paredes Externas pelas juntas (m) Largura da Junta Altura do Selante < 3,0 4,0 5,0 6,0 10 12 15 15 8 8 10 10 Obs. Área máxima sem junta igual a 24 m2 ou extensão máxima de lado igual a 6 m 10 – MANIFESTAÇÕES PATOLOGICAS DAS ARGAMASSAS FISSURAS DESCOLAMENTOS ABSORÇÃO DE ÁGUA EFLORESCÊNCIAS MANCHAS FISSURAS - CAUSAS RETRAÇÃO DA ARGAMASSA APLICAÇÃO GRANDES ESPESSURAS DEFORMAÇÃO DA ESTRUTURA AUSÊNCIA DE VERGAS VARIAÇÃO DA UMIDADE VARIAÇÃO DE TEMPERATURA OXIDAÇÃO DA FERRAGEM ALTERAÇÃO QUÍMICA DOS MATERIAIS UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 102 DESCOLAMENTOS - CAUSAS BASE MAL PREPARADA DOSAGEM DA ARGAMASSA APLICAÇÃO APÓS INÍCIO DE PEGA INEXIXTÊNCIA DE JUNTAS DE MOVIMENTAÇÃO JUNTAS DE ASSENTAMENTO INADEQUADO REJUNTAMENTO RÍGIDO PERCOLAÇÃO DE ÁGUA TEMPO DE MATURAÇÃO DA ARGAMASSA CONFIGURAÇÃO DO TARDOZ ABSORÇÃO DA CERÂMICA DEFORMAÇÃO DA ESTRUTURA ABSORÇÃO DE ÁGUA CAPILAR POR INFILTRAÇÃO HIGROSCÓPICA POR CONDENSAÇÃO MANCHAS- CAUSAS DESENVOLVIMENTO DE FUNGOS POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA OXIDAÇÃO COMPOSTOS MINERAIS EFLORESCÊNCIAS - CAUSAS FORMAÇÃO UMIDADE PRESENÇA DE SAIS NOS MATERIAIS PRESSÃO HIDROSTÁTICA COMPATÍVEL TERAPIA PARA AS ARGAMASSAS E REVESTIMENTOS IDENTIFICAÇÃO DAS CAUSAS MANUTENÇÃO PREVENTIVA PLANEJAMENTO DO REPARO UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 103 11 – ARGAMASSA COLANTE Definição: Segundo a NBR 14081: “Produto industrial, no estado seco, composto de cimento Portland, agregados minerais e aditivos químicos, que, quando misturado com água, forma uma massa viscosa, plástica e aderente, empregada no assentamento de placas cerâmicas para revestimento.” Classificação: Tipo AC I – Argamassa colante industrializada com características de resistência às solicitações mecânicas e termoigrométricas típicas para revestimentos internos, com exceção de saunas, churrasqueiras, estufas e outros revestimentos especiais. Tipo AC II - Argamassa colante industrializada com características de adesividade que permitem absorver os esforços existentes em revestimentos de pisos e paredes externos sujeitos a ciclos de variação térmohigrométrica e ação do vento. Tipo AC III - Argamassa colante industrializada que apresenta aderência superior em relação às argamassas dos tipos I e II. Tipo E - Argamassa do tipo I, II ou III com tempo em aberto estendido. Requisitos da NBR 14081 Tabela 1 – Propriedades fundamentais para argamassas colantes Requisito Método de Ensaio Unidade Argamassa Colante Industrializada I II III Tempo em aberto NBR 14081-3 min 15 20 20 Resistência de aderência à tração aos 28 dias, em função do tipo decura: cura normal NBR 14081-4 MPa 0,5 0,5 1,0 cura submersa 0,5 0,5 1,0 cura em estufa - 0,5 1,0 Tabela 2 – Propriedades opcionais para argamassas colante Requisito Método de Ensaio Critério Tempo em aberto (E) NBR 14081-5 Argamassa do tipo I, II ou III com tempo em aberto estendido em no mínimo 10 min do especificado como propriedade fundamental da norma Deslizamento reduzido (D) NBR 14081-5 Argamassa do tipo I, II ou III com deslizamento menor ou igua a 2 mm As siglas “E” e “D”, relativas respectivamente às propriedades opcionais de “tempo em aberto estendido” e “deslizamento reduzido”, devem estar marcadas nas embalagens das argamassas colantes destinadas a atender tais propriedades, conforme Seção 6. UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 104 12 – ARGAMASSA PARA REJUNTAMENTO Definição: Segundo a NBR 14992: “Mistura industrializada de cimento Portland e outros componentes homôgeneos e uniformes, para aplicação nas juntas de assentamento de placas cerâmicas, classificada segundo o ambiente de aplicação e requisitos mínimos.” Classificação: Rejuntamento Tipo I - Argamassa à base de cimento Portland para rejuntamento de placas cerâmicas para uso em ambientes internos e externos, desde que observadas as seguintes condições: a)Aplicação restrita aos locais de transito de pedestres/transeuntes, não intenso; b)Aplicação restrita a placas cerâmicas com absorção de água acima de 3% (grupos II e III segundo a NBR 13817); c)Aplicação em ambientes externos, piso ou parede, desde que não excedam 20m2 ou 18 m2, respectivamente, limite a partir do qual são exigidas as juntas de movimentação, segundo NBR 13753 e NBR 13755. Rejuntamento Tipo II - Argamassa à base de cimento Portland para rejuntamento de placas cerâmicas para uso em ambientes internos e externos, desde que observadas as seguintes condições: a) todas as condições do tipo I; b) aplicação em locais de transito intenso de pedestres/transeuntes; c) aplicação em placas cerâmicas com absorção de água inferior a 3% (grupos I segundo a NBR 13817); d) aplicação em ambientes externos, piso ou parede, de qualquer dimensão, ou sempre que se exijam as juntas de movimentação; e) ambientes externos ou externos com presença de água estancada, espelhos d´água etc). UFBA – Escola politécnica DCTM – Departamento de Ciência e Tecnologia dos Materiais 105 Requisitos da NBR 14992/03 Propriedade Unidade Método de Ensaio Valores Limites Tipo I Tipo II Retenção de Água mm NBR 14992 75 65 Variação dimensional (7 dias) mm/m NBR 14992 I 2,00 I I 2,00 I Resistência à Compressão (14 dias) MPa NBR 14992 8,0 10,0 Resistência à Tração na Flexão (7 dias) MPa NBR 14992 > 2,0 > 3,0 Absorção de Água por Capilaridade (300 min) g/cm 2 NBR 14992 0,60 0,30 Permeabilidade aos 240 min (28 dias) cm 3 NBR 14992 2,0 1,0